胥善友

摘 要：本文主要對水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成、種類及其相應(yīng)的原理進(jìn)行了研究，并對調(diào)速器自動化的使用及其未來道路上的發(fā)展情況進(jìn)行了深入探討，并依據(jù)具體案例作為主要論述對象，對水輪機(jī)調(diào)速器的具體特征及其運(yùn)作效果進(jìn)行分析，旨在可以推動我國水輪機(jī)調(diào)速器朝著更好的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；調(diào)速器；直流伺服；交流伺服；PLC

通常情況下，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有一定的繁瑣性，其中外部干擾主要分為以下兩種類型：一種是微小變化；另一種是大幅變化。所謂微小變化，簡單的說是當(dāng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)體系經(jīng)過微小產(chǎn)生干擾的情況下，系統(tǒng)里面存在的不同參數(shù)都不會產(chǎn)生較大的浮動，這樣就需要把調(diào)節(jié)體系中的每一個(gè)環(huán)節(jié)做好適當(dāng)?shù)耐晟?，也就是通過線性微分方程式對不同環(huán)節(jié)及其具有的動態(tài)特征進(jìn)行描述；所謂大幅變化可以理解為是對水輪機(jī)調(diào)節(jié)體系受到較大的影響，這樣會致使系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生較大的改變，當(dāng)系統(tǒng)已經(jīng)大于規(guī)定的范圍，所以在這里不需要對線性進(jìn)行處理，也就是系統(tǒng)無法依據(jù)線性系統(tǒng)進(jìn)行對待。微小變化產(chǎn)生的影響簡單的說是促使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的目的，也就是所產(chǎn)生電能的整體水平；而產(chǎn)生的大幅變化不但會對生產(chǎn)的電能水平帶來不利影響，而且也在負(fù)荷出現(xiàn)突然改變的情況下會對水壓、轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)帶來不利影響。由于水輪機(jī)調(diào)節(jié)工作效率的好壞都會對水電站及其生產(chǎn)電能效率帶來直接的影響。

1 水輪機(jī)調(diào)速器的類型及發(fā)展

1.1 步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)控制的水輪機(jī)調(diào)速器

無論是對于步進(jìn)電機(jī)來說，還是就機(jī)械轉(zhuǎn)換部件而言，作為最早研制出來的一種產(chǎn)品。所謂步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動簡單的說是通過指令脈沖加以控制的，控制方式較為簡便；由于直流伺服電機(jī)在控制的時(shí)候較為簡便，調(diào)速范圍會不斷拓寬，輸出轉(zhuǎn)矩不低，有著較強(qiáng)的過載能力，這樣得到的動態(tài)相應(yīng)會更好些。所以，相關(guān)人員在采取步進(jìn)電機(jī)亦或是直流伺服電機(jī)對水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行控制的過程中，無論是大型水電站還是中型水電站的使用得到了顯著的效果，進(jìn)而對電液伺服閥抗油污能力沒有較強(qiáng)的能力、很容易出現(xiàn)發(fā)卡等情況。然而，不管是對于步進(jìn)電機(jī)來說，還是就直流伺服電機(jī)而言自身都存在不足之處，通常體現(xiàn)在：步進(jìn)電機(jī)會存在啟動的頻率，這樣在大負(fù)荷的狀態(tài)下產(chǎn)生的影響速度不能太慢，而且在進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中轉(zhuǎn)矩處于下降的狀態(tài)，遇到卡阻的過程中容易發(fā)生堵轉(zhuǎn)、失步的情況；就直流伺服電機(jī)而言，不管是在電刷還是在換向器加以摩擦的時(shí)候出現(xiàn)火花的情況，電刷在磨損的時(shí)候會發(fā)生故障的情況，與此同時(shí)促使其在維護(hù)手段具有一定的繁瑣性。

1.2 交流伺服控制型可編程水輪機(jī)調(diào)速器

1.2.1 結(jié)構(gòu)。交流伺服控制型可編程水輪機(jī)調(diào)速器的電氣部分是以可編程控制器（PLC）為硬件核心，軟件采用全模塊化結(jié)構(gòu)，彩色液晶屏幕顯示，具有良好的全中文圖形人機(jī)界面；電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件采用交流伺服電機(jī)，配以滾珠螺旋自動復(fù)中裝置；液壓系統(tǒng)為直連式結(jié)構(gòu)，以交流伺服驅(qū)動裝置的機(jī)械位移直接控制主配壓閥。PLC測量水輪發(fā)電機(jī)組的頻率信號偏差，并按一定的調(diào)節(jié)規(guī)律（PID或PI）轉(zhuǎn)換成位置控制的數(shù)字電信號；電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件將該數(shù)字信號線性地轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移量，再直接控制由輔助接力器和主配壓閥組成的二級液壓放大，通過主接力器控制水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度（或漿葉轉(zhuǎn)角），實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速和負(fù)荷控制。

1.2.2 機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)。機(jī)械液壓隨動系統(tǒng)由帶有自動復(fù)中裝置的電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件、引導(dǎo)閥、輔助接力器與主配壓閥塊、油路模塊、緊急停機(jī)電磁閥等組成。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：采用油路模塊，取消連接油管路的明管；采用電氣反饋，取消機(jī)械反饋桿件及鋼絲繩，機(jī)柜內(nèi)無傳動杠桿，避免在鉸接處產(chǎn)生死行程；實(shí)現(xiàn)無擾動手、自動切換，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，操作簡單，維護(hù)方便。

1.2.3 人機(jī)界面。采用彩色液晶觸摸屏幕實(shí)時(shí)顯示機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行工況、機(jī)組頻率、導(dǎo)葉開度、機(jī)組功率、水頭值和故障信息等各種運(yùn)行參數(shù)和工況，直接通過觸摸屏幕進(jìn)行人-機(jī)對話，允許通過菜單實(shí)時(shí)修改運(yùn)行參數(shù)，顯示直觀，操作方便，具有良好的全中文圖形人機(jī)界面。

2 交流伺服控制型可編程水輪機(jī)調(diào)速器應(yīng)用實(shí)例

某省發(fā)電廠作為壩后式水電站，一共安裝了3臺大概為12.5MW規(guī)格參數(shù)的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。對于原調(diào)速器來說，主要是使用SKDT-80模擬型電液調(diào)速器，而電液伺服部件主要采取電液轉(zhuǎn)換器。當(dāng)相關(guān)人員利用交流伺服可編程控制手段加以完善，是在2014年10月的時(shí)候已經(jīng)改造完畢，并開始投入到實(shí)際運(yùn)作中。通過具體運(yùn)作的情況來看，調(diào)速器狀況處于良好的狀態(tài)。在經(jīng)過開機(jī)亦或是停機(jī)大概十幾次的情況下，就會從機(jī)組開機(jī)一直到空載運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候沒有較長時(shí)間的穩(wěn)定性，并且網(wǎng)速較快。劇組空轉(zhuǎn)時(shí)間不長的時(shí)候，可以起到節(jié)約用水的作用；調(diào)節(jié)具有靈敏性，有著較強(qiáng)的運(yùn)行。相關(guān)人員在進(jìn)行改造以后得到的型號是GKT80-SP，安排專業(yè)人士在現(xiàn)場做好相應(yīng)的測試。當(dāng)經(jīng)過改造以后的鑒定結(jié)果，具體結(jié)果請看圖1和表1。相關(guān)人員通過將得到的結(jié)果和GB/T9652.1-1997得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真對比以后，相關(guān)指標(biāo)達(dá)到亦或是高于規(guī)定的參數(shù)。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：相關(guān)人員在對交流伺服控制型可編程調(diào)速器通過具體試驗(yàn)以后有著較多的優(yōu)勢，例如較強(qiáng)的穩(wěn)定性、良好的性能等。隨著當(dāng)前我國水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)體系自動化水平的日益完善下，所得到的電能水平得到了不斷的完善，從而為水電站電能水平獲得了豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。由此可以得知：調(diào)速器的自動化使用會在未來的發(fā)展道路上得到更好的發(fā)展。

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