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0 引言

調(diào)速器是水電站的重要控制設(shè)備，它的作用是通過控制水輪機導水葉接力器的操作油量來控制導水葉的開度大小，進而控制水輪機過水流量的大小來調(diào)整水輪機的轉(zhuǎn)速、發(fā)電機頻率，因此調(diào)速器調(diào)節(jié)的精確度、速動性、穩(wěn)定性、過渡過程和品質(zhì)等性能的好壞，直接影響電能的質(zhì)量和水輪發(fā)電機組的安全運行。

1 調(diào)速器存在的問題

大洲驛水電站1966年投產(chǎn)，調(diào)速器使用的是CT-40型機械液壓式調(diào)速器，這種機械液壓式調(diào)速器存在諸多缺點。其一離心擺測量機組的轉(zhuǎn)速精度差，造成離心擺轉(zhuǎn)速死區(qū)較大。其二機械杠桿和緩沖器作反饋（硬反饋和軟反饋）系統(tǒng)，局部反饋杠桿自身加工精度的影響，存在死區(qū)，調(diào)速器調(diào)節(jié)的靈敏度和精度差。其三引導閥和主配壓閥存在較大死區(qū)，影響調(diào)節(jié)的精度，主配壓閥和事故配壓閥抗污能力差，常常因油污引起主配壓閥和事故配壓閥拒動，影響調(diào)速器正常動作，威脅發(fā)電機組的安全運行。根據(jù)實際情況，將調(diào)速器改為精度和靈敏度較高、自動化水平高、便于安裝、檢修和參數(shù)便于調(diào)整等優(yōu)點的數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器。

2 調(diào)速器技術(shù)改造

2.1 電液放大系統(tǒng)改造

電液放大系統(tǒng)是調(diào)速器主要的執(zhí)行機構(gòu)，數(shù)字閥調(diào)速器以數(shù)字閥為先導閥（即電液轉(zhuǎn)換器），代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換器，解決了常規(guī)引導閥油污發(fā)卡問題。該數(shù)字閥采用脈寬調(diào)制原理控制的高速方向開關(guān)數(shù)字閥，以開啟時間的長短來控制流量，直接與計算機接口連接，不需要D/A轉(zhuǎn)換器，動作速度更快。由數(shù)字閥、雙液控換向閥、雙單向節(jié)流閥和接力器組成的液壓放大系統(tǒng)取代由傳統(tǒng)的引導閥、輔助接力器、主配壓閥和接力器組成的第一、二級液壓放大系統(tǒng)。解決了主配壓閥活塞泄漏、活塞的摩擦以及遮程等因素造成主配壓閥死區(qū)較大、靈敏度差、維護困難等缺陷[1]。

2.2 反饋系統(tǒng)改造

由導葉傳感器取代杠桿硬反饋，傳感器測量的導葉開度精度高、速度更快，解決了因杠桿造成的死區(qū)，反饋速度慢，精度差等問題。用機組機端PT測本機頻率（可殘壓測頻），采用PCC高速計數(shù)模塊測頻率，PCC高達4 MHz的計數(shù)頻率，具有很高的側(cè)頻率精度和可靠性，從而使調(diào)速器的輸入通道測頻率環(huán)節(jié)的可靠性有了根本的保證，提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度。解決了CT-40型調(diào)速器用離心擺測頻率精度差、轉(zhuǎn)速死區(qū)大、維護困難等缺陷。

2.3 增加微機調(diào)節(jié)器

調(diào)速器要實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)必須要有自動調(diào)節(jié)器，為實現(xiàn)這一要求，采用新一代可編程控制器PCC，它能采用高級語言編程，分析運算能力強，在同一CPU中能同時運行不同程序，程序運行時僅掃描部分程序，效率很高[2]。

2.4 接力器鎖定的改造

接力器鎖定是在檢修或機組事故停機時鎖住接力器，防止接力器動作開啟導水結(jié)構(gòu)的控制機構(gòu)。原接力器鎖定是用一絲桿作為手動鎖定，實際運行中，發(fā)現(xiàn)存在一定的缺陷。首先僅憑鎖定絲桿外露部分的長短來判斷鎖定是在全開或全關(guān)位置，全關(guān)時不能觀察鎖定絲桿端部是否完全在接力器活塞桿鎖孔里，如果鎖定絲桿端部沒有完全在接力器活塞桿鎖孔里，起不到鎖定的作用，有可能造成意外事故。其次機組開、停以及事故停機需到現(xiàn)場才能手動將鎖定全開或全關(guān)，這不符合綜合自動化的要求。

由鎖緊油缸及活塞桿取代手動鎖定，由鎖定控制閥控制鎖定的全開或全關(guān)，并且在接力器右端部開一個圓弧孔洞，孔深度要能從側(cè)面可以看見接力器鎖定桿與接力器活塞桿鎖孔，便于觀察接力器鎖定的具體位置，為滿足此要求，需增加鎖緊油缸活塞桿直徑以滿足鎖緊油缸活塞桿因開圓弧孔而增加的剪切力，接力器右端部厚度應(yīng)增加以滿足其機械強度的要求，安裝一個攝像頭以監(jiān)控鎖定的具體位置，這樣就可避免接力器活塞桿被鎖定劃傷，這樣就將鎖定的自動全開或全關(guān)實現(xiàn)自動控制，接力器鎖定改造如圖1所示。

圖1 接力器鎖定改造

2.5 分段關(guān)閉的改進

原調(diào)速器用程序?qū)崿F(xiàn)分段關(guān)閉，即通過編寫的程序控制電信號，對快速關(guān)閉進行控制，這種方法簡單，不需其它設(shè)備便可實現(xiàn)。但是當遇機組甩負荷，同時交、直流電源中斷或控制信號不能正常輸出時，調(diào)速器失去了分段關(guān)閉功能。為了保證分段關(guān)閉的可靠性，增加了機械液壓分段關(guān)閉裝置以確保分段關(guān)閉的可靠性，這樣確保即使快速關(guān)閉電動不動作，手動按緊急停機電磁閥急停按鈕，也有行程閥實現(xiàn)分段關(guān)閉，提高了分段關(guān)閉的可靠性，確保機組安全運行。

2.6 改造后的PCC調(diào)速器性能

調(diào)速器安裝和機械靜態(tài)調(diào)整后，進行動態(tài)調(diào)試，根據(jù)調(diào)速器的運行工況和運行特點進行參數(shù)的修改。進行調(diào)速器靜特性試驗和水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)特性試驗，試驗結(jié)果符合國標GB/9652-2007規(guī)定。

2.6.1 靜特性和動態(tài)特性試驗

靜特性試驗，轉(zhuǎn)速死區(qū)ix=0.011%，非線性度ε=0.015%（技術(shù)指標ix≤0.05%，ε≤5%）?？蛰d工況下轉(zhuǎn)速擺動值±0.005%（技術(shù)指標±0.25%）。甩100%額定負荷，超過額定轉(zhuǎn)速3%以上的波峰n=1，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時間T=10（技術(shù)指標n≤2T≤40s）。甩25%額定負荷接力器不動時間，Tq=0.1s（技術(shù)指標Tq≤0.2s）。在最大水頭和設(shè)計水頭工況下甩負荷，機組轉(zhuǎn)速上升率β=22%，蝸殼水壓上升率ε=0.3（技術(shù)指標β≤40%，ε≤0.5）。甩負荷時尾水管真空度6mH2O。（技術(shù)指標≤8mH2O）。并大網(wǎng)帶上負荷，手動、自動切換，接力器不動作，導葉開度不變，調(diào)速器電源切除，接力器不動作，負荷不變。

通過試驗數(shù)據(jù)表明這種智能調(diào)速器有非常優(yōu)秀的靜特性和動態(tài)品質(zhì)，完全滿足技術(shù)指標的要求[3]。

3 結(jié)束語

PCC可編程智能調(diào)速器投運了兩年，能在不同工況下穩(wěn)定、可靠運行，表現(xiàn)出良好的速動性、靈敏性，調(diào)節(jié)精度高，徹底解決了機械液壓式調(diào)速器穩(wěn)定性、速動性、精度差、轉(zhuǎn)速死區(qū)大、漏油等缺陷，其表現(xiàn)出的良好性能完全達到了綜合自動化的要求，目前大洲驛水電站調(diào)速器實現(xiàn)了無人值守，提高了生產(chǎn)效率。