席志鵬

【摘 要】水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電站重要的基礎(chǔ)控制設(shè)備，對(duì)電能品質(zhì)和電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有直接影響。水輪機(jī)調(diào)節(jié)的研究對(duì)水電事業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在調(diào)研的基礎(chǔ)上，介紹了我國(guó)近期投運(yùn)大大型水輪機(jī)調(diào)速設(shè)備的系統(tǒng)特征，包括常見(jiàn)調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和調(diào)速器主要環(huán)節(jié)的配置。

【關(guān)鍵詞】大型水輪機(jī)，調(diào)速設(shè)備，特征

0 引言

隨著1971年微處理機(jī)的問(wèn)世，世界各國(guó)在20世紀(jì)80年代都開(kāi)始研制微機(jī)調(diào)速器。我國(guó)微機(jī)調(diào)速器行業(yè)迅速發(fā)展的階段就是從20世紀(jì)80年代開(kāi)始的，近期投入的大型國(guó)產(chǎn)調(diào)速設(shè)備全部采用微機(jī)控制。調(diào)速器大多采用的是電子調(diào)節(jié)器加電液隨動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電子調(diào)節(jié)器采用自制單片機(jī)和、STD總線工業(yè)機(jī)或PLC作為調(diào)節(jié)器，多采用冗余配置。在20世紀(jì)末，電液轉(zhuǎn)換部件逐漸淘汰環(huán)噴式和雙錐式電液伺服閥，而大多采用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)作電/機(jī)轉(zhuǎn)換器。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)產(chǎn)微機(jī)調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換部件成功采用比例伺服閥；廣泛采用自動(dòng)復(fù)中的電/機(jī)轉(zhuǎn)換器，采用無(wú)接觸式的磁致伸縮型位移傳感器，應(yīng)用PLC做雙機(jī)冗余調(diào)節(jié)器；人機(jī)界面采用了工業(yè)平板PC和彩色觸摸屏。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，國(guó)產(chǎn)調(diào)速設(shè)備的硬件配置品質(zhì)，生產(chǎn)工藝和服務(wù)質(zhì)量受到廣大用戶的好評(píng)。

1 水輪機(jī)調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我國(guó)大型水輪機(jī)調(diào)速器常見(jiàn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置有4種：①雙微機(jī)調(diào)節(jié)器+雙冗余比例閥的電液隨動(dòng)系統(tǒng)；②雙微機(jī)調(diào)節(jié)器+電液隨功系統(tǒng)；③微機(jī)調(diào)節(jié)器+電液隨動(dòng)系統(tǒng)；④微機(jī)調(diào)節(jié)器+位置伺服裝置+機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)。

調(diào)速器都設(shè)置了手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，使得在調(diào)整試驗(yàn)時(shí)操作調(diào)速器，電氣故障和特殊故障時(shí)關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉。調(diào)速器的調(diào)整試驗(yàn)時(shí)操作調(diào)速器.電氣故障和特殊故障下關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉。第①②③種結(jié)構(gòu)的調(diào)速器可選用機(jī)械閉環(huán)、機(jī)械開(kāi)環(huán)、電氣閉環(huán)和電氣開(kāi)環(huán)幾種手動(dòng)操作方式。第④種結(jié)構(gòu)已裝有機(jī)械位移反饋，通常采用機(jī)械開(kāi)度限制和手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。

2 調(diào)速器主要環(huán)節(jié)的配置

近十年來(lái)，我國(guó)大型水輪機(jī)調(diào)速器的重要環(huán)節(jié)硬件配置的品質(zhì)明顯提高，采用國(guó)際知名品牌的優(yōu)質(zhì)部件，如德國(guó)Bosch公司的比例伺服閥和美國(guó)MTS公司的Temposonics磁致伸縮直線傳感器。構(gòu)成微機(jī)調(diào)節(jié)器的PLC過(guò)去為降低成本采用中低檔產(chǎn)品，現(xiàn)在也開(kāi)始采用中高檔次的產(chǎn)品。在硬件配置上國(guó)產(chǎn)調(diào)速器已與國(guó)際接軌，并不固守所謂的“國(guó)產(chǎn)化”，哪個(gè)品種的質(zhì)量好，適合于提高調(diào)速器的品種就采用哪種。

2.1 微機(jī)調(diào)速器的硬件配置

PLC、IPC、PCC均在微機(jī)調(diào)速器中得到應(yīng)用，都可以滿足調(diào)速器的控制性能和功能要求。PCC融合了PLC和IPC的優(yōu)勢(shì)，是后期開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制機(jī)產(chǎn)品，目前僅有一家公司生產(chǎn)。IPC和PLC則在全球微機(jī)銷售量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。PLC構(gòu)成的微機(jī)調(diào)速器在我國(guó)現(xiàn)在是，將來(lái)也會(huì)保持主導(dǎo)地位。

（1）位移傳感器。20世紀(jì)80年代，精密線繞電位器作位置傳感器配置在國(guó)產(chǎn)調(diào)速器上，如今只在中小型低價(jià)位的水輪機(jī)調(diào)速器中使用這種接觸式傳感器。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，大型調(diào)速器配置的位置傳感器多為美國(guó)MTS公司的磁致伸縮型直線位移傳感器。其測(cè)量范圍為50～1220mm，供電電壓在13.5～26.5V范圍，輸出信號(hào)可以是4～20mA（或DC0～10V），也有數(shù)字量輸出的產(chǎn)品。該產(chǎn)品技術(shù)性能優(yōu)良，工作可靠性高，早些年已廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)中的惡劣工作環(huán)境。

（2）人機(jī)交互界面。近幾年投入運(yùn)行的大型水輪機(jī)調(diào)速器，大多采用了觸摸式液晶顯示屏。隨著彩色觸摸屏的應(yīng)用，調(diào)速器的人機(jī)交互界面內(nèi)容友好、豐富，有最基本的狀態(tài)和參數(shù)指示，還增加了圖形顯示，故障記錄，以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線的記錄顯示等。并且硬件構(gòu)成十分簡(jiǎn)單，進(jìn)用通訊方式和主機(jī)連接，減少了很多硬接線，降低了調(diào)速器故障率。

2.2 電液轉(zhuǎn)換部件

大型調(diào)速器中電/液轉(zhuǎn)換部件多采用的是Bosch公司的比例伺服閥。如巖灘、桐柏、公伯峽、樂(lè)灘、桐子壕等水電站。

最新推出的電/機(jī)轉(zhuǎn)換部件采用三菱公司的MTNAS的交流伺服電機(jī)和交流伺服驅(qū)動(dòng)器，用它和具有自動(dòng)浮腫功能滾珠螺旋機(jī)構(gòu)組成電/機(jī)轉(zhuǎn)換器，其功能與傳統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換裝置相同，將電氣量成比例轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移。

用步進(jìn)電機(jī)和具有自動(dòng)復(fù)中功能的滾珠螺旋機(jī)構(gòu)構(gòu)成的電＼機(jī)轉(zhuǎn)換部件，輸出力巨大，工作可靠性高。在我國(guó)尤其是大中型水輪機(jī)調(diào)速器中廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟，經(jīng)驗(yàn)豐富，同樣是一種很優(yōu)秀的電/機(jī)轉(zhuǎn)換部件。

2.3 手動(dòng)操作機(jī)械

在水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求調(diào)速器必須設(shè)置手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，大型和巨型水輪機(jī)的用戶都十分重視手動(dòng)操作的可靠性，調(diào)速器中設(shè)置手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)是為了方便在調(diào)整試驗(yàn)和電氣故障特殊情況下保證能關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)水葉，目前國(guó)產(chǎn)調(diào)速器均設(shè)置了手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)。20世紀(jì)80年代以前，我國(guó)調(diào)速器大多采用了帶機(jī)械反饋的機(jī)械式手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，而且一般與機(jī)械開(kāi)度限制合二為一。近些年調(diào)速器采用較多的時(shí)電氣手動(dòng)操作方式，國(guó)外的調(diào)速器也具有這種趨勢(shì)。目前國(guó)產(chǎn)調(diào)速器中手動(dòng)操作方式有四種：機(jī)械開(kāi)環(huán)手動(dòng)操作方式、機(jī)械閉環(huán)手動(dòng)操作方式、電氣開(kāi)環(huán)手動(dòng)操作方式、電氣閉環(huán)手動(dòng)操作方式。不論是開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的機(jī)械手動(dòng)操作都能保證故障時(shí)導(dǎo)葉關(guān)閉，由于目前我國(guó)屬于大電網(wǎng)，沒(méi)必要在電氣故障時(shí)要求機(jī)組長(zhǎng)期手動(dòng)運(yùn)行，因此機(jī)械閉環(huán)手動(dòng)操作的必要性不大。開(kāi)環(huán)手動(dòng)操作可以是大型和巨型水輪機(jī)調(diào)速器的緊急控制方式。

2.4 主配壓閥

根據(jù)控制方式，國(guó)產(chǎn)大型調(diào)速器的主配壓閥分為兩類：一類是是受機(jī)械位置控制，即輸入量為機(jī)械位移；另一類是受流量控制，即輸入流量。這兩類主配壓閥均和輔助接力器連成一體。

我國(guó)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的受流量控制的主配壓閥有兩種。一種是東方電機(jī)有限公司、武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備公司、武漢事達(dá)電氣公司和國(guó)電南瑞科技公司設(shè)計(jì)的輔助接力器（主配壓閥）帶有位置電氣反饋的主配壓閥，這類主配中為了在電源消失時(shí)使主配壓閥自動(dòng)復(fù)中，各家用了不同的技術(shù)措施。國(guó)外調(diào)速器大多也采用這種輔助接力器帶有位置電氣反饋的主配，但他們不作斷電自動(dòng)復(fù)中的處理。另一種是武漢長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所研制的帶有液壓內(nèi)反饋的主配壓閥。由于采用液壓內(nèi)反饋，主配壓閥的位移與比例伺服閥輸人流量成比例，當(dāng)比例閥控制電流消失時(shí)，由于采用了液壓內(nèi)反饋主配壓閥閥芯將自動(dòng)復(fù)中。主配壓閥在調(diào)速器中雖然是十分重要的環(huán)節(jié)，不論是設(shè)計(jì)還是制造方面其難度都不大。我國(guó)完全沒(méi)有必要從國(guó)外購(gòu)買，我國(guó)在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)調(diào)速器主配壓閥方面有十分豐富的經(jīng)驗(yàn)，并有成熟的產(chǎn)品。

3 總結(jié)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、函調(diào)和考察國(guó)內(nèi)調(diào)速器主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品和資料.可以看出國(guó)產(chǎn)大型水輪機(jī)調(diào)速器的功能十分完善，技術(shù)性能優(yōu)良，絕大多數(shù)調(diào)速器的技術(shù)指標(biāo)能全面達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水輪機(jī)調(diào)速器及油壓裝置技術(shù)條件》的要求。盡管各生產(chǎn)廠家調(diào)速器的配置結(jié)構(gòu)不完全相同，但是所能實(shí)現(xiàn)的基本功能基本相同。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]