林志煥，劉寶松，施明方

(1.杭州西湖電力電子技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310030；2.樂(lè)清市水利電力總站，浙江 樂(lè)清 325600)

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高轉(zhuǎn)速手電動(dòng)調(diào)速微機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)

林志煥1，劉寶松1，施明方2

(1.杭州西湖電力電子技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310030；2.樂(lè)清市水利電力總站，浙江 樂(lè)清 325600)

采用DSP微機(jī)控制裝置實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速手電動(dòng)調(diào)速在低壓機(jī)組控制上的運(yùn)用，并結(jié)合實(shí)例對(duì)其改進(jìn)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)闡述。圖4幅。

小水電站；低壓機(jī)組；微機(jī)控制；DSP

1 概 述

在國(guó)家財(cái)政部、水利部2011年發(fā)布了農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造十二五時(shí)期財(cái)政補(bǔ)助的政策后，全國(guó)各地抓住這一輪國(guó)家對(duì)農(nóng)村小水電增效擴(kuò)容改造補(bǔ)助的機(jī)會(huì)，紛紛對(duì)各自的小水電站進(jìn)行了增效擴(kuò)容的工作。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，在此次改造和一些新建的中小水電站中，大多采用了基于TCP/IP的以太網(wǎng)組網(wǎng)或基于RS485為基礎(chǔ)的機(jī)組控制保護(hù)調(diào)速系統(tǒng)。在相對(duì)比較大的機(jī)組中，無(wú)論是新建的還是改造的，機(jī)組類型不論是混流式機(jī)組還是沖擊式機(jī)組，普遍采用的都是帶PLC控制的微機(jī)調(diào)速器，機(jī)組控制系統(tǒng)能有效的對(duì)機(jī)組進(jìn)行有功調(diào)節(jié)。但是，在一些小型的400 V機(jī)組中，有相當(dāng)一部分電站出于資金等原因，采用的仍然是手電動(dòng)調(diào)速，一些還是高水頭、高轉(zhuǎn)速的手電動(dòng)調(diào)速操作器，這給機(jī)組自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了困難。

筆者所在公司在長(zhǎng)期的水電站機(jī)組控制實(shí)踐中，總結(jié)和克服了這一技術(shù)困難，通過(guò)對(duì)控制回路的硬件和控制流程的程序改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高轉(zhuǎn)速手電動(dòng)調(diào)速微機(jī)控制，成功開發(fā)了1種DSP平臺(tái)下的微機(jī)調(diào)節(jié)控制的低壓機(jī)組一體化控制柜。

DSP技術(shù)，即數(shù)字信號(hào)處理，就是用數(shù)值計(jì)算的方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行加工的理論和技術(shù)，它的英文原名叫Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP。它是集成專用計(jì)算機(jī)的1種芯片，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用處于技術(shù)前沿，這幾年在水電站的準(zhǔn)同期、微機(jī)勵(lì)磁、微機(jī)保護(hù)、微機(jī)調(diào)節(jié)控制中得到了廣泛的使用。

2 工程概況

半塘二級(jí)水電站位于浙江省武義縣,機(jī)組裝機(jī)容量為500 kW，400 V出線，單機(jī)單運(yùn)行，采用無(wú)刷勵(lì)磁調(diào)節(jié)輸出。水電站采取的是0.75 kW、AC380 V、額定轉(zhuǎn)速1 390 r/min的手電動(dòng)轉(zhuǎn)速操作器。這座電站的水頭很高，空載開度只到5%左右，并網(wǎng)帶滿負(fù)荷后，開度也只到25%左右。由于開度小，在并網(wǎng)前，增大調(diào)節(jié)控制，轉(zhuǎn)速就飛轉(zhuǎn)到很大，頻率一下子沖到55 Hz多；而減少調(diào)節(jié)控制，轉(zhuǎn)速又突降到額定以下很多，頻率一下子掉到45 Hz，并網(wǎng)調(diào)節(jié)操作難度很大。在有限的幾次撲捉到并網(wǎng)信號(hào)后，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)于微機(jī)調(diào)節(jié)控制器設(shè)定的自動(dòng)調(diào)節(jié)有功往往突破設(shè)定的有功調(diào)節(jié)的死區(qū)，使微機(jī)調(diào)節(jié)控制器頻繁地進(jìn)行增有功操作，或者是減有功操作，造成了機(jī)組運(yùn)行的不穩(wěn)定。

3 微機(jī)控制對(duì)硬件電路和程序的改進(jìn)

3.1 對(duì)硬件電路的改進(jìn)

水電站手電動(dòng)調(diào)速的電機(jī)容量一般都不大，在實(shí)踐中碰到的容量基本都在1.5 kW(AC380 V)及以下。對(duì)這個(gè)不大的電機(jī)啟動(dòng)，直接啟動(dòng)電流也不會(huì)很大，可根據(jù)電機(jī)的容量折算電流和選型出需要的控制接觸器，串在電路中啟動(dòng)。

對(duì)于手電動(dòng)調(diào)速的輸入控制，可采用微機(jī)控制平臺(tái)進(jìn)行輸入信號(hào)輸入，與其直接相關(guān)的主要有3個(gè)信號(hào)：一個(gè)是手電動(dòng)操作器故障，一個(gè)是導(dǎo)葉全開，一個(gè)是導(dǎo)葉全關(guān)。而對(duì)于手電動(dòng)調(diào)速的輸出控制，則可采用繼電器直接輸出，與其直接相關(guān)的信號(hào)有2個(gè)：一個(gè)是增有功功率(增加轉(zhuǎn)速)，一個(gè)是減有功功率(減少轉(zhuǎn)速)?？刂苹芈冯娏鞅旧聿淮?，繼電器接點(diǎn)容量就不需要很大，我們采用的是MY2NJ(DC24 V)繼電器進(jìn)行控制回路的繼電器輸出。

原先的硬件電路就是如此，但是，當(dāng)碰到高轉(zhuǎn)速時(shí)，就出現(xiàn)了難以控制的問(wèn)題。因此，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的分析并結(jié)合實(shí)踐，在硬件電路電機(jī)輸出端引入了電抗器。電抗器也叫電感器，一個(gè)導(dǎo)體通電時(shí)就會(huì)在其所占據(jù)的一定空間范圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以能載流的電導(dǎo)體都有一般意義上的感性。電抗器的種類有多種，有并聯(lián)電抗器、串聯(lián)電抗器、進(jìn)線電抗器、平波電抗器等，這里采用的是一種限流電抗器(限流電抗器是直通的)。通過(guò)限流電抗器，再通過(guò)電抗器的電感作用，利用電感電流不能突變的原理，延緩和遲滯控制電壓的變化，達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。

根據(jù)電站生產(chǎn)實(shí)際，考慮到不同電站的參數(shù)可能不一樣，對(duì)電抗器采用了三相電抗器引出三組抽頭方式，分別為65%、70%、75%；這樣就可以靈活配置選擇。如果轉(zhuǎn)速高的，難以實(shí)現(xiàn)控制，則選擇更小的一檔來(lái)進(jìn)行電機(jī)引出控制(見圖1～圖3)。

圖1 KW/380 V型電抗器接線示意

圖2 微機(jī)控制裝置原理示意

圖3 手電動(dòng)操作器控制原理示意

3.2 對(duì)程序控制的改進(jìn)

對(duì)手電動(dòng)的操作程序，在改進(jìn)之前是直接進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制。針對(duì)高轉(zhuǎn)速難以控制的實(shí)際，提出了對(duì)手電動(dòng)操作器的程序控制采用內(nèi)判和外判兩者相結(jié)合的控制流程方式。外判是指在起初水輪機(jī)剛轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)進(jìn)行比較粗的判別；此時(shí)，給1個(gè)相對(duì)比較長(zhǎng)的點(diǎn)動(dòng)時(shí)間，使轉(zhuǎn)速盡快到額定左右。內(nèi)判是指轉(zhuǎn)速到90%到115%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制回路轉(zhuǎn)入內(nèi)判方式，因?yàn)榇藭r(shí)需要比較細(xì)致的微小調(diào)節(jié)才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)和微調(diào)節(jié)增減有功的控制。當(dāng)各個(gè)水輪機(jī)自動(dòng)控制符合開機(jī)條件時(shí)，啟動(dòng)水輪機(jī)，先進(jìn)入外判程序，使機(jī)組轉(zhuǎn)到額定附近(見圖4)。

手電動(dòng)開機(jī)現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)：

方式參數(shù)(注：類同于保護(hù)投推定值選擇顯示)

01:冷卻水路數(shù) (兩路)

02:冷卻水信號(hào)方式 (示流)

03:開閘閥選擇 (蝶閥)

04:調(diào)速器選擇 (手電動(dòng))

控制參數(shù)(注：類同于保護(hù)數(shù)值定值選擇顯示)

05:開機(jī)首次增操作器 (缺省值 0.6 s)

06:開機(jī)再次增操作器 (缺省值 0.00 s)

07:開機(jī)再次減操作器 (缺省值 0.2 s)

08:開機(jī)停操作器 (缺省值 30 s)

09:開機(jī)增有功時(shí)限 0.70 s

10:開機(jī)增有功間歇 4.00 s

11:df反向動(dòng)作開時(shí)限 0.05 s

12: df反向動(dòng)作停時(shí)限 14 s

13: df設(shè)置值 0.11 Hz

圖4 修改后的有關(guān)手電動(dòng)開機(jī)并網(wǎng)控制程序的流程示意

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述微機(jī)控制硬件電路的改進(jìn)和對(duì)程序流程控制的修改，并結(jié)合在半塘二級(jí)水電站、廣東陽(yáng)山、樂(lè)清電站等的實(shí)踐使用，證明其運(yùn)行非常穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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責(zé)任編輯 吳 昊

2014-11-06

林志煥(1980- )，男，工程師，主要從事電子電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。 E_mail:541958682@qq.com