劉鴻坤

(南平市建陽區(qū)黃坑鎮(zhèn)水利水電工作站，福建■南平■354212)

1　概　述

水輪機調速器參數(shù)選擇時，當比例系數(shù)過大，會造成機頻多次振蕩；積分系數(shù)過大，機組頻率可能出現(xiàn)較大的等幅振蕩；微分系數(shù)偏小，抑制超調能力減小，都不利機組運行。因此微機調速器應對照使用手冊，通過自身內置PID參數(shù)計算軟件獲取調速器運行參數(shù)；對PI調節(jié)規(guī)律的調速器的整定參數(shù)可直接用極點配置法或開環(huán)對數(shù)頻率特性法手工計算。

2　工程概況

雷公口電站位于福建省南平市建陽區(qū)，裝機容量2×6 000 kW，發(fā)電機型號SF6000—10/2600，水輪機型號HL—TF13—LJ—100，調速器型號YDT—1800。1998年12月投產發(fā)電，是麻陽溪流域龍頭電站，擔負系統(tǒng)調峰、調頻任務。電站運行水頭變化大，最高水頭107.3 m，最低水頭67.2 m，其1號調速器大修時進行了相關的參數(shù)選取。

3　試驗要求及步驟

(1)試驗要求。調速器參數(shù)選擇試驗應在廠部大修領導小組指導下，生技科事先擬好試驗大綱、工作預案，安全措施要到位，運行、檢修工作人員各司其值，認真值崗。

(2)檢查調速器硬件的完好性。主要對直流電源單元、本機和系統(tǒng)測頻單元、永態(tài)轉差刻度校驗單元端口測試(見表1)。

4　空載擾動試驗

4.1　試驗目的

選取1組滿足標準規(guī)定的動態(tài)指標PID調節(jié)參數(shù)作為調速器空載整定參數(shù)。

4.2　選擇PID三環(huán)節(jié)的參數(shù)

根據(jù)斯坦因克里夫琴科的建議公式：暫態(tài)轉差系數(shù)Bt=(1～2.5)Tw/Ta、緩沖時間常數(shù)Td=(1～1.5)Tw、微分時間常數(shù)Tn=Tw，得出電調PID三環(huán)節(jié)參數(shù)的公式為：比例增益KP=(1+Tn/Td)bt；積分時間KI=btTd；微分時間KD=Tn/bt。

結合經驗公式：

1.5Tw/Ta≤bt≤3Tw/Ta

3Tw≤Td≤6Tw

Tn=(0.4～0.6)Tw

0.33Ta/Tw≤KP≤0.67Ta/Tw

0.167KP/Tw≤KI≤0.33KP/Tw

0.4TwKP≤KD≤0.6TwKP

取bt和Tn的最小值和最大值可計算得KP、KI、KD大小各2組數(shù)值，然后分別取各大小值的中間值連同原來的2組共有3組數(shù)值再加上永態(tài)轉差系數(shù)bt取4%、6%、8%共3個值，一共4個因素列成表(考慮動態(tài)品質因素，對KI和KD的大、中、小值輪換取值)。試驗時，從電液轉換器行程4個放大比1∶1、1∶1.4、1∶2、1∶3，選擇1個放大系數(shù)，一般K=1.4(見表2)。

表1　1號調速器大修試驗記錄(雷公口數(shù)據(jù)供參考)

表2　選擇K=1.4(雷公口數(shù)據(jù)供參考)

4.3　試驗方法

(1)將表2中的每組數(shù)值分別作空擾試驗。

(2)在自動方式的空載工況下，對調速器系統(tǒng)施加頻率階躍擾動：改變頻率給定50 Hz至52 Hz至48 Hz和48 Hz至52 Hz至50 Hz，目測轉速表(或用PP1頻率計)或用儀器自動記錄升和降兩次；改變PID調節(jié)參數(shù)并重復幾次上述過程，通過對過渡過程的分析尋找出最優(yōu)整定參數(shù)組，選取超調量較小、波動次數(shù)少、穩(wěn)定快的1組調節(jié)參數(shù)作為空載運行使用。

空擾試驗得到空載數(shù)據(jù)KP=1.3;KI=6.5；KD=1.8。

(3)把KP=1.3，KI=6.5，KD=1.8做一次調節(jié)品質試驗，以核實一下試驗選擇結果是否最優(yōu)；同時也檢驗了試驗的重復性(一般做4次，取最優(yōu))，認為完全滿意后就以這組參數(shù)值做整定值(見表3)。

表3　機組空載參數(shù)KP=1.3、KI=6.5、KD=1.8(雷公口數(shù)據(jù)供考)

(4)如果做空擾達不到要求，就應作定性分析，更換K值后，重新試驗。

5　負載擾動試驗

5.1試驗目的

在空載調節(jié)參數(shù)確定后選擇負載工況下最優(yōu)調節(jié)參數(shù)。

5.2　試驗方法

(1)根據(jù)試驗預案，選取2～3組負載情況的參數(shù)組。因并網(wǎng)后對調速器的要求是速動性，一般負載KD應比空載KD稍大，負載情況下的KP與KI整值與機組負荷狀態(tài)有關。當單機帶負荷或在小電網(wǎng)中擔任主力時，KP、KI負載值與其空載值相近；當機組并入大電網(wǎng)時，則可取KP負載值稍大,而KI負載值為零或接近于零。結合電站運行方式選擇KP=1.3、KI=6.5、KD=2.0。

(2)在選定的空載調節(jié)參數(shù)下并網(wǎng)，利用功率給定旋鈕帶10%～20%左右的額定負荷，同空載擾動試驗程序一樣，找最優(yōu)調節(jié)過程，確定負載最優(yōu)調節(jié)參數(shù)。試驗時應針對電站可能的運行方式多做幾組試驗，以取得不同運行方式下的最優(yōu)整定參數(shù)(備用)。

6　甩負荷試驗

6.1　試驗目的

檢驗調速器調節(jié)性能，驗證上面選擇空載擾動試驗和負載擾動試驗所選取的調節(jié)參數(shù)。

6.2　試驗方法

(1)在無水的情況下，利用緊急停機電磁閥，摸擬一次甩負荷試驗，調整好導葉開關時間。

(2)在空載和負載擾動試驗選取的調節(jié)參數(shù)下開機并網(wǎng)，帶上負荷后，跳開發(fā)電機出口斷路器，從25%、50%、75%、100%負荷逐級進行甩負荷試驗。觀察調節(jié)系統(tǒng)的過渡過程，在取得滿意效果后即可確認所選定的調節(jié)參數(shù)是最優(yōu)的(見表4)。

表4　1號調速器甩負荷試驗 (雷公口數(shù)據(jù)供參考)

7　結　語

中小水電站調速器參數(shù)的選擇是一個復雜的過程，嚴格來說，需要專業(yè)技術人員根據(jù)電站和機組具體情況進行仿真試驗和現(xiàn)場試驗才能準確完成，工作繁瑣復雜。對于大多數(shù)中小型水電站來說，試驗設施、技術條件、人員都不具備。

本文實例介紹在實際生產中，電站技術人員利用電站現(xiàn)有設備，通過簡單試驗調試法，實踐操作，計算選取合適的水輪機調速器PID運行參數(shù)，操作方法安全簡單、方便實用，對還在使用機調或電調的中小型水電站及老舊電站調速器的運行參數(shù)選擇有很好的借鑒價值。