高創(chuàng)，敖成彥

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650001）

CCS電站調(diào)速器系統(tǒng)簡介

高創(chuàng)，敖成彥

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650001）

介紹CCS電站的調(diào)速器功能、特點(diǎn)、控制與調(diào)節(jié)。了解和認(rèn)識(shí)調(diào)速器的調(diào)節(jié)和控制原理與方式。

調(diào)速器；調(diào)節(jié)；控制；噴針；折向器；開度

1　電站調(diào)速器的概述

CCS水電站的總裝機(jī)容量8×205 MW，是目前世界上單機(jī)容量最大的沖擊式水輪機(jī)組，調(diào)速器采用六噴六折的方式。該電站位于厄瓜多爾境內(nèi)，是厄瓜多爾目前在建的最大水電站。

沖擊式水輪機(jī)組適用于高水頭、小流量的水電站。它將來自壓力鋼管的水，經(jīng)噴嘴后轉(zhuǎn)換為高速的射流，切向沖擊轉(zhuǎn)輪，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電，為保證水輪機(jī)組能順利的并網(wǎng)發(fā)電，必須可靠有效的控制水流，因此必須配備調(diào)速器。它的主要功能就是在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，保證其輸出的電能頻率、電壓、電壓波形穩(wěn)定。通常調(diào)速器是通過調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)的水量來實(shí)現(xiàn)這一目的的。對(duì)沖擊式的機(jī)組來說是通過移動(dòng)噴嘴以改變噴針的開度，從而改變水的流量。由于沖擊式水輪機(jī)的壓力鋼管一般比較長，一次噴針不能關(guān)閉的太快，否則會(huì)產(chǎn)生極大的水壓，危害壓力鋼管的安全，同時(shí)，又必須在極短的時(shí)間里切除射流，以防止出現(xiàn)飛逸，因此，機(jī)組一般采用噴針與折向器雙重調(diào)節(jié)的操作機(jī)構(gòu)

2　電站調(diào)速器系統(tǒng)的組成

CCS電站的調(diào)速器系統(tǒng)主要包括電氣部分和機(jī)械部分。所覆蓋的范圍：調(diào)速器電氣控制柜、調(diào)速器油泵控制柜、油壓系統(tǒng)本體、調(diào)速器機(jī)械控制柜、事故配壓閥、油管路、噴針和折向器的本體。

電氣控制盤柜內(nèi)設(shè)有PLC控制系統(tǒng)，220/24 V DV電源模塊，兩套CPU可編程控制器，輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊和組合輸入輸出綜合模塊。面板上設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)控制方式選擇開關(guān)，功率和轉(zhuǎn)速顯示表，噴針開度增/減選擇開關(guān)，折向器開度增/減選擇開關(guān)、報(bào)警指示燈、緊急停機(jī)按鈕等。還配置了觸摸屏，進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，操作設(shè)定、實(shí)時(shí)錄波、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。

調(diào)速器油泵控制柜內(nèi)設(shè)有PLC控制系統(tǒng)，220/24 V DV電源模塊，兩臺(tái)軟啟動(dòng)，面板上設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)控制方式選擇開關(guān)及按鈕選擇兩臺(tái)油泵的控制方式，補(bǔ)氣的方式選擇開關(guān)及按鈕。還有觸摸屏，可查看開關(guān)量的狀態(tài)。

油壓系統(tǒng)本體包括回油箱、壓力油罐、兩臺(tái)油泵、濾油器、組合閥、壓力表、壓力開關(guān)、油位開關(guān)、補(bǔ)氣閥等自動(dòng)化元件。該部分主要為調(diào)速器提供動(dòng)力，依靠油的壓力開啟或關(guān)閉調(diào)速器。

調(diào)速器機(jī)械控制柜內(nèi)設(shè)有6個(gè)噴針的伺服比例閥和6個(gè)折向器的伺服比例閥?？删幊炭刂破鞯男盘?hào)直接作用于比例閥，使之按信號(hào)的正負(fù)、大小成比例的向噴針接力器的開、關(guān)腔輸入壓力油，從而驅(qū)動(dòng)接力器向開機(jī)或者關(guān)機(jī)的方向運(yùn)動(dòng)。折向器的控制又有不同，只在開機(jī)腔加壓力油開機(jī)，關(guān)機(jī)時(shí)靠腔內(nèi)彈簧關(guān)機(jī)。面板上有6個(gè)噴針和6個(gè)折向器的開度表、轉(zhuǎn)速表和緊急停機(jī)按鈕

事故配壓閥是為了實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)，在液壓系統(tǒng)回路中設(shè)置1臺(tái)由先導(dǎo)閥和12個(gè)執(zhí)行閥組成的組合閥。事故配壓閥的動(dòng)作有兩種控制方式：①先導(dǎo)閥可由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)控制或由現(xiàn)地手動(dòng)控制。先導(dǎo)閥換向動(dòng)作后使12個(gè)執(zhí)行閥動(dòng)作，切斷6個(gè)來自折向器比例閥的控制油路，將6個(gè)折向器接力器開腔接通排油，折向器接力器在彈簧力的作用下關(guān)閉。②機(jī)械過速保護(hù)裝置上的行程換向閥動(dòng)作后，切換先導(dǎo)閥的油路，使12個(gè)執(zhí)行閥動(dòng)作，關(guān)閉所有折向器。

噴嘴和折向器接力器開/關(guān)時(shí)間調(diào)整：噴嘴開啟時(shí)間通過6個(gè)單向節(jié)流閥調(diào)整；噴嘴關(guān)閉時(shí)間通過6個(gè)單向節(jié)流閥調(diào)整。折向器關(guān)閉時(shí)間通過6個(gè)單向節(jié)流閥調(diào)整。上述閥門布置在事故配壓閥后的管路上，位于水輪機(jī)墩+X和+Y間的孔口外側(cè)。調(diào)節(jié)開啟噴針的時(shí)間為50 s左右，關(guān)閉噴針的時(shí)間為40 s左右，關(guān)閉折向器的時(shí)間為3 s左右。

3　調(diào)速器系統(tǒng)的控制模式

調(diào)速器具有多種控制功能及運(yùn)行方式，各控制方式均能夠獨(dú)立地完成對(duì)機(jī)組的調(diào)節(jié)控制，彼此之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，并能夠手動(dòng)及自動(dòng)轉(zhuǎn)換。在各控制方式之間實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的有效跟蹤，所以各方式切換能夠平衡無擾動(dòng)地完成

該電站的調(diào)速器有4種控制模式：轉(zhuǎn)速控制模式，流量控制模式，功率控制模式，水位控制模式。并網(wǎng)前，調(diào)速器只按轉(zhuǎn)速控制模式運(yùn)行。并網(wǎng)后，調(diào)速器可以按流量控制模式，功率控制模式，水位控制模式及轉(zhuǎn)速控制模式（用于孤網(wǎng)運(yùn)行）運(yùn)行，各控制模式之間均可無擾動(dòng)互相切換。4種控制模式均在自動(dòng)操作方式下實(shí)現(xiàn)，各控制模式均有各自的傳遞函數(shù)。

（1）轉(zhuǎn)速控制模式

調(diào)速器根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)自動(dòng)調(diào)整噴嘴開度，使機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)速控制模式采用并聯(lián)PID型結(jié)構(gòu)，通過對(duì)轉(zhuǎn)速給定值與實(shí)際機(jī)組轉(zhuǎn)速值的差值進(jìn)行PID運(yùn)算，以決定運(yùn)行噴嘴的開度。永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)決定了頻率變化對(duì)調(diào)節(jié)輸出的影響。

（2）流量控制模式

調(diào)速器根據(jù)流量設(shè)定值，按水輪機(jī)特性參數(shù)計(jì)算需運(yùn)行噴嘴的個(gè)數(shù)及其開度，并使噴嘴在該開度下運(yùn)行。運(yùn)行人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置流量設(shè)定值，或通過增/減指令改變流量設(shè)定值。

流量控制模式的流量給定值可以在-5%～105%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。流量控制模式在機(jī)組并網(wǎng)后才能選用。在其他模式運(yùn)行期間，流量給定值將跟蹤實(shí)際流量值，這樣可實(shí)現(xiàn)任何時(shí)候模式間的無擾切換。噴嘴開度是從流量給定值及投入運(yùn)行的噴嘴數(shù)計(jì)算出來的。

（3）功率控制模式

調(diào)速器根據(jù)功率設(shè)定值與實(shí)際功率反饋值調(diào)節(jié)運(yùn)行噴嘴個(gè)數(shù)及其噴嘴開度，使機(jī)組按功率設(shè)定值運(yùn)行。運(yùn)行人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置功率設(shè)定值，或通過增/減指令改變功率設(shè)定值。

功率控制模式需要機(jī)組的功率反饋構(gòu)成閉環(huán)，若反饋故障，則調(diào)速器將自動(dòng)切換至流量模式工作。

功率控制模式的功率給定值可以在-5%～105%之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。功率控制模式在機(jī)組并網(wǎng)后才能選用。在其他模式運(yùn)行期間，功率給定值將跟蹤實(shí)際功率值，這樣可實(shí)現(xiàn)任何時(shí)候模式間的無擾切換。

（4）水位控制模式

調(diào)速器根據(jù)水位設(shè)定值與實(shí)際庫水位反饋信號(hào)調(diào)節(jié)運(yùn)行噴嘴個(gè)數(shù)及其噴嘴開度，使機(jī)組按水位設(shè)定值運(yùn)行。運(yùn)行人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置水位設(shè)定值，或通過增/減指令改變水位設(shè)定值。

水位控制模式需要當(dāng)前水位信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)，若水位信號(hào)故障，則調(diào)速器將自動(dòng)切換至流量模式工作。

水位控制模式的水位設(shè)定值，只能在調(diào)速器觸摸屏或監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定。水位控制模式在機(jī)組并網(wǎng)后才能選用。當(dāng)切換至水位控制模式時(shí)，水位給定值首先等于實(shí)際水位值，然后以一定斜率變化至其設(shè)定值，從而最大限度地減少模式轉(zhuǎn)換時(shí)的擾動(dòng)。

4　調(diào)速器的操作方式

調(diào)速器有3種操作方式：自動(dòng)操作，手動(dòng)操作及緊急停機(jī)操作。手動(dòng)操作與自動(dòng)操作通過調(diào)速器電氣柜上的“自動(dòng)/手動(dòng)”切換開關(guān)選擇；緊急停機(jī)操作通過電氣柜上的緊急停機(jī)按鈕或機(jī)械柜上的緊急停機(jī)按鈕操作，也可由來自監(jiān)控系統(tǒng)的緊急停機(jī)指令操作。

（1）手動(dòng)操作

手動(dòng)操作主要在調(diào)試期間使用，當(dāng)“自動(dòng)/電手動(dòng)”選擇開關(guān)處于手動(dòng)位置時(shí)，可在電氣柜面板上通過“增加/減少”開關(guān)對(duì)在觸摸屏上選中的需手動(dòng)操作的噴嘴進(jìn)行開啟/關(guān)閉操作。

在各噴嘴手動(dòng)操作過程中，其相應(yīng)折向器的開度將根據(jù)協(xié)聯(lián)曲線自動(dòng)操作。

調(diào)速器處于手動(dòng)操作方式，將不接受監(jiān)控系統(tǒng)除緊急停機(jī)指令之外的任何指令（如開機(jī)、停機(jī)、負(fù)荷變化等指令）。

（2）自動(dòng)操作

“自動(dòng)/手動(dòng)”選擇開關(guān)置于自動(dòng)位置時(shí)，調(diào)速器的運(yùn)行將根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的指令自動(dòng)控制。

1）自動(dòng)開機(jī)

調(diào)速器接到監(jiān)控系統(tǒng)的開機(jī)指令后，將按5%/s（該值可在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中進(jìn)行調(diào)整）的速度將噴嘴開限增加至啟動(dòng)開度，調(diào)速器自動(dòng)進(jìn)入轉(zhuǎn)速控制模式。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至98%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)速器將自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率，以便于并網(wǎng)；在機(jī)組同期時(shí)調(diào)速器也可接收同期裝置的頻率增加/減少命令，調(diào)整機(jī)組頻率設(shè)定值，以加快并網(wǎng)速度。

調(diào)速器采用對(duì)稱的兩個(gè)噴嘴開機(jī)，如果需要也可采用單噴嘴開機(jī)。

2）并網(wǎng)發(fā)電

機(jī)組并網(wǎng)后，調(diào)速器將自動(dòng)切換成流量控制模式。如果需要，調(diào)速器可以在現(xiàn)地手動(dòng)，或者根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的指令切換成功率控制模式，水位控制模式以及轉(zhuǎn)速控制（用于孤網(wǎng)運(yùn)行）模式。

3）自動(dòng)停機(jī)

調(diào)速器在接到停機(jī)令時(shí)，無論當(dāng)時(shí)處于何種控制模式，首先將噴嘴開限減到當(dāng)前噴嘴位置，然后以適當(dāng)速率關(guān)閉至全關(guān)。

（3）緊急停機(jī)操作

緊急停機(jī)操作具有最高優(yōu)先級(jí)，無論調(diào)速器處于手動(dòng)操作還是自動(dòng)操作，只要有緊急停機(jī)操作指令（來自手動(dòng)按鈕或監(jiān)控系統(tǒng)），所有折向器均將在緊急停機(jī)電磁閥的作用下以最快的速度關(guān)閉至全關(guān)位置，同時(shí)調(diào)速器自動(dòng)關(guān)閉噴針。

5　調(diào)速器的電氣保護(hù)

調(diào)速器設(shè)置有一套完整的實(shí)時(shí)程序診斷和自診斷系統(tǒng)，對(duì)于調(diào)速器內(nèi)、外故障，如CPU故障、內(nèi)部電源故障、噴針反饋故障、折向器反饋故障、測(cè)頻故障、功率故障、水頭故障等都能做實(shí)時(shí)反應(yīng)，并根據(jù)故障性質(zhì)作出處理。具有自診斷和相應(yīng)的容錯(cuò)功能，并可在觸摸屏上指示故障，同時(shí)將故障信息通過通訊方式送至監(jiān)控系統(tǒng)。如：①模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和輸入通道故障；②數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和輸出通道故障；③反饋通道故障；④液壓隨動(dòng)系統(tǒng)故障；⑤程序出錯(cuò)和時(shí)鐘故障等。

6　噴針之間的選擇和切換

調(diào)速器對(duì)開機(jī)噴針設(shè)置了兩種選擇方式：當(dāng)它為自動(dòng)選擇方式時(shí)，從1號(hào)噴針到6號(hào)噴針依次為開機(jī)噴針；當(dāng)處于手動(dòng)選擇方式時(shí)，始終將所選擇的噴針作為開機(jī)噴針.用戶可按自身需要選擇。

機(jī)組并網(wǎng)后，隨著負(fù)荷、流量的增加，噴針之間會(huì)進(jìn)行相互切換，切換順序依次為單噴針運(yùn)行---雙噴針運(yùn)行---3噴針運(yùn)行---4噴針運(yùn)行---6噴針運(yùn)行。相互切換始終要保證對(duì)稱性，保證機(jī)組平穩(wěn)的運(yùn)行。例：單噴針為1號(hào)噴針運(yùn)行，隨著負(fù)荷增加，開啟噴針分別為1號(hào)---1號(hào)、4號(hào)---1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)---1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)---1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)。

7　結(jié)束語

上述簡單的介紹了CCS電站的調(diào)速器系統(tǒng)的控制方式和操作方式。調(diào)速器系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部分，它的功能決定著機(jī)組發(fā)電的可靠性，因此，對(duì)于調(diào)速器，我們一定要了解它的功能，熟悉它的控制和操作，能解決出現(xiàn)的一些問題。以便我們更好的掌控它，更好的運(yùn)用它。

TV734.4

B

1672-5387（2016）09-0001-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.001

2016-04-15

高創(chuàng)（1986-），男，助理工程師，從事電氣調(diào)試工作。