唐 力，王一娟

（廣西右江水利開發(fā)有限責任公司，廣西 百色 533000）

0 引言

百色水利樞紐位于廣西壯族自治區(qū)百色市的郁江上游右江河段上，電廠設(shè)計有4 臺裝機容量135 MW的混流式機組。電廠舊有的調(diào)速器系統(tǒng)及其油壓裝置是福伊特西門子公司生產(chǎn)的VDG/VGC 511型數(shù)字調(diào)速器，機械液壓部分采用機械柜、回油箱合一的方案[1]。其中#3 機組自2007 年正式投運以來，已使用超過12年，出現(xiàn)設(shè)備老化現(xiàn)象。

1 調(diào)速器系統(tǒng)存在的問題

機組調(diào)速器自投產(chǎn)以來，運行穩(wěn)定可靠，但是仍存在以下問題:①電調(diào)柜為單通道控制，無法保障控制器突發(fā)故障情況下機組的正常運行；②比例伺服閥內(nèi)滑閥的刃邊磨損和閥芯徑向磨損，增加了比例伺服閥的零位泄露[2]。導致主配壓閥的零位不穩(wěn)，最終使得壓力油泵啟動頻繁；③電子元氣件老化；④交互界面為按鍵輸入的液晶屏，屬于較落后的技術(shù)；⑤產(chǎn)品升級換代后新配件與原系統(tǒng)不兼容，且備品昂貴，供貨周期長。

2 改造的基本原則

改造的目的是解決目前設(shè)備存在的缺陷，并盡可能降低設(shè)備的維護成本，保證設(shè)備運行的可靠性和經(jīng)濟性。要求產(chǎn)品應具備但不僅限于一般調(diào)速器所的所有基礎(chǔ)功能，所有性能指標優(yōu)于國標及行標要求。

（1）滿足設(shè)備自動控制的要求。能夠保證水輪發(fā)電機組穩(wěn)定運行于空載、發(fā)電、調(diào)峰、停機和手動等工況，及時響應計算機監(jiān)控系統(tǒng)的指令和正確及時反饋相應信息，保證水輪發(fā)電機組能迅速開機、停機、并網(wǎng)及增減負荷。

（2）提升設(shè)備的可靠性。增加備用控制通道以及機械手動功能，并保證設(shè)備的手、自動運行方式任意無擾動切換，切換時運行穩(wěn)定。

（3）提升設(shè)備交互體驗。令設(shè)備具有更友好的人機界面，同時集成調(diào)速器性能測試、維護軟件。

（4）能有效降低設(shè)備用油量和壓力油泵啟停間隔時間。液壓系統(tǒng)密封可靠，靜態(tài)密封無滲漏，動態(tài)密封可靠。調(diào)速器液壓傳動部件動作靈活，活塞動作靈活，無卡阻，死區(qū)小，閥體及活塞加工質(zhì)量滿足國標要求。

3 改造方案

3.1 電調(diào)柜改造

改造后的設(shè)備為東方電機HGS-E 型調(diào)速器電氣柜。

新的電調(diào)柜為A、B兩套冗余控制通道，兩套控制通道能夠同時接收外部信號和處理數(shù)據(jù)，同時通過高速數(shù)據(jù)交換口進行數(shù)據(jù)交換。備用通道自動同步主用通道的數(shù)據(jù)，通道之間能夠無擾動切換。柜內(nèi)配備電手操綜合控制模塊，作為PCC失效時的應急通道。

增加了備用的接力器位置傳感器和機械手動功能，當主用接力器位置反饋故障時，調(diào)速器自動切至備用接力其位置反饋信號，若主備用同時發(fā)生故障，則切至機械手動運行。控制通道依據(jù)不同的切換調(diào)節(jié)模式，具體調(diào)節(jié)原理框圖見圖1。

圖1 調(diào)速器調(diào)節(jié)原理框圖

新系統(tǒng)人機交互裝置為菲尼克斯BL_PPC15_1000 工控機，觸摸屏控制，人機交互界面為中文圖形用戶界面，操作更為簡便。具有實時事件登錄功能，能夠進行事件錄波和輔助分析及故障追憶，能進行故障自診斷，實時監(jiān)視各組成部分，顯示故障原因和實時記錄數(shù)據(jù)。

3.2 機械部分改造

改造了設(shè)備的主配壓閥，事故配壓閥、分段關(guān)閉閥、緊急停機電磁閥及伺服比例閥，增加了手自動切換電磁閥及導葉手動操作閥。

在舊有的機械柜/回油箱一體柜上進行改造，根據(jù)新主閥設(shè)備對現(xiàn)場基礎(chǔ)架進行切割配孔，將新主閥設(shè)備安裝固定，并根據(jù)系統(tǒng)圖及管路圖進行現(xiàn)場配管作業(yè)。新的機械部分系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

圖2 調(diào)速器機械部分系統(tǒng)框圖

4 改造后進行的試驗

調(diào)速器改造后，為了保證機組安全穩(wěn)定運行，依照相關(guān)標準[3]，測試調(diào)速器改造后各項性能指標是否滿足要求，進行以下試驗。

4.1 原動機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)實測與建模試驗

為檢驗發(fā)電機組控制方式及調(diào)節(jié)特性，實現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定性計算與分析，對機組調(diào)速器進行原動機及調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)實測時間，建立相關(guān)數(shù)學模型。

通過模型參數(shù)辨識，確認新調(diào)速器的永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，人工轉(zhuǎn)速死區(qū)，空載和并網(wǎng)工況下的PID控制參數(shù)等，設(shè)定值與實際值誤差在標準允許范圍內(nèi)。同時通過試驗計算得到了接力器反應時間常數(shù)和開度死區(qū)。通過執(zhí)行機構(gòu)小階躍試驗辨識得到電液伺服系統(tǒng)的模型并校驗參數(shù)準確，同時通過機組頻率擾動試驗辨識得到水流時間常數(shù)。具體結(jié)果如表1所示。

序號1 2 3 4項目名稱接力器反應時間常數(shù)Ty開方向開度死區(qū)Yx/%關(guān)方向開度死區(qū)Yx/%水流慣性時間常數(shù)/s實測指標0.099 0.05 0.05 1.80

最后通過增減負荷試驗檢驗了調(diào)速器調(diào)節(jié)負荷的能力。根據(jù)試驗結(jié)果擬合有功及導葉開度的關(guān)系，得到結(jié)果，當機組出力在20 MW至110 MW區(qū)間時，有功與開度的關(guān)系可以表示為：

y=2.1 705x-40.49

R2=0.9 948

其中y 表示有功，x 表示開度，R2表示擬和曲線決定系數(shù)。

當機組出力在110 MW至130 MW區(qū)間時，有功與開度的關(guān)系可以表示為：

y=0.9 862x+41.394

R2=0.9 793

4.2 調(diào)速器改造后交接試驗

交接試驗內(nèi)容包括導葉開啟和關(guān)閉時間測定，調(diào)速器靜特性試驗及永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)校核，故障模擬和控制切換試驗，自動開機試驗，空載試驗和甩負荷試驗。

導葉開啟和關(guān)閉時間測定得到，導葉全開時間為9.6 s；導葉分段關(guān)閉的第一段關(guān)閉時間為4.25 s，對應拐點為50.8%，第二段關(guān)閉時間為7.16 s，測試結(jié)果滿足調(diào)保計算要求，其余試驗結(jié)果如表2所示。其中TSr表示至額定轉(zhuǎn)速時消耗時間，T0.8表示至80%轉(zhuǎn)速時消耗時間，Tq表示接力器不動時間。

序號123 4 5項目名稱靜態(tài)特性轉(zhuǎn)速死區(qū)靜特性曲線線性誤差自動開機空載擺動3 min國標要求≤0.02%≤5.0%≤5手動≤0.2%自動≤0.15%甩25%負荷接力器不動時間實測指標最大：0.016%最大：0.003%Tsr/T0.8=3.37手動：0.101A套自動：0.137 B套自動：0.109 A套：0.12 s B套：0.14 s Tq≤0.20 s

4.3 一次調(diào)頻試驗

進行了機組一次調(diào)頻人工死區(qū)驗證，調(diào)速器人工死區(qū)設(shè)為0.049 Hz時，試驗結(jié)果滿足“一次調(diào)頻的頻率死區(qū)不大于±0.05 Hz”的要求。

在仿真階躍給定±0.10、±0.15、±0.20 Hz 的情況下，#3機組調(diào)速器系統(tǒng)一次調(diào)頻負荷響應滯后時間小于3 s。機組在電網(wǎng)頻率一次調(diào)頻死區(qū)開始的60 s內(nèi)，實際出力達到穩(wěn)定值，滿足規(guī)范要求。

檢查了一次調(diào)頻的限制功能及一次調(diào)頻與監(jiān)控系統(tǒng)AGC配合的邏輯，試驗結(jié)果證明限制功能正常，與AGC配合的邏輯與設(shè)計一致。

5 結(jié)語

改造試運行時，在機組出力為固定負荷的狀態(tài)下，#3 機組壓力油泵啟停間隔由原來的20～30 min延長至50～60 min。試運行結(jié)果表明，改造工作減輕了閥組內(nèi)漏的現(xiàn)象，壓力油泵啟動的間隔時間明顯增加，能夠有效延長油泵及調(diào)速器油使用壽命。

同時，經(jīng)過此次全面改造，百色水利樞紐#3 機組調(diào)速器更新了設(shè)備，解決了調(diào)速器運行中出現(xiàn)的其他缺陷，提升了設(shè)備的可靠性和使用的便利性。