（天富能源紅山嘴水電廠，石河子市，832000） 張懷孝

水輪發(fā)電機組把水能轉變?yōu)殡娔芄┥a、生活使用。用戶在用電過程中除要求供電安全可靠外，對電網(wǎng)電能質量也有十分嚴格的要求。按我國電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50HZ，大電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0.2Hz。隨著電力用戶對電網(wǎng)質量要求的提高，水電站在向電網(wǎng)供電時必須保證電壓和頻率的穩(wěn)定，于是水輪發(fā)電機組的調節(jié)問題受到人們極大的關注。水輪機調節(jié)系統(tǒng)中的主要設備是調速器，調速器調節(jié)規(guī)律的好壞直接影響到機組工作狀態(tài)，也就影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此對水輪機調節(jié)規(guī)律的研究就顯得尤為重要。

紅山嘴水電廠的調速器更新也一直走在時代的前沿，從最早的上世紀60 年代的機械液壓調速器，經(jīng)過幾次更替，發(fā)展到如今的微機型新型調速器，此次增效擴容改造選用的調速器為長江三峽能事達公司生產的MGC-1000型智能模糊多態(tài)數(shù)字式微機調速器。

1 調速器的結構

調速器結構主要由調速機構和油壓裝置兩部分組成。調速機構部分主要由大波動執(zhí)行閥、大波動先導控制閥、小波動控制閥、急停控制閥及主閥塊組成。油壓裝置部分主要由氣囊式蓄能器、電機/油泵組、泵出口閥組、濾油器、自動化元件以及回油箱組成。

具體結構如圖1所示。

圖1 調速系統(tǒng)結構圖

2 主要部件作用

調速器液壓裝置原理如圖2 所示，氣囊式蓄能器將系統(tǒng)的工作壓力穩(wěn)定在一定范圍，吸收油泵啟動停止時所產生的壓力脈動，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障、油泵不能啟動的情況下保證系統(tǒng)具有足夠的工作容量（壓力和油量）關閉導致實現(xiàn)停機，保證機組安全。回油箱體上將配置兩套高壓齒輪泵組件，一組工作，一組備用。運行中，主動泵和備用泵可互相切換，增加了油源可靠性，在特殊情況下，兩臺油泵也可同時在短時間內一起工作，加快打油速度。電接點壓力表設有上、下限二位開關節(jié)點裝置，在壓力達到整定值時發(fā)出信號，通斷控制電路，從而來控制油泵啟停及事故低油壓報警。電接點壓力共有三個，其壓力油路是由一個截止球閥控制；當需要更換電接點壓力表時，可短時間關閉截止閥，進行更換或檢修。

圖2 油壓裝置液壓原理圖

控制閥組中的安全閥采用先導式溢流閥，主要起系統(tǒng)安全保護作用。依靠系統(tǒng)中的壓力油作用在閥芯上與彈簧力相平衡，以控制閥芯的啟閉動作。當系統(tǒng)壓力高于額定壓力時，安全閥開啟，使油泵輸出的高壓油排入回油箱中，防止系統(tǒng)的油壓進一步升高，保護油壓系統(tǒng)設備。單向閥與安全閥集成在一起，串連在油泵和蓄能器之間的油路上，其作用是允許油泵輸入的壓力油進入蓄能器，阻止蓄能器的油液倒流至油泵，保護油泵。

3 結構的主要特點

系統(tǒng)成熟，穩(wěn)定，可靠，在國內外同類型機組中已成功投運多臺套，并且實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行；基于高頻數(shù)字閥作為調節(jié)系統(tǒng)的主控單元，其靜態(tài)和動態(tài)性能優(yōu)越，具備較高控制精度和較高動態(tài)響應品質；所有閥件均采用板式結構形式，控制部分無明管路，無滲漏，安裝方便，設備維護工作量少，選用的閥件均采用ISO標準接口形式，調整與更換方便。

4 調速器液壓原理

系統(tǒng)控制閥均采用板式集成塊結構，調速器具備大波動控制、小波動控制和緊急停機控制；在接力器需要大幅度調整開度（如甩負荷、開停機）時，采用大波動控制閥組進行控制；在接力器需要微量調整導葉開度（如在調頻模式及加減負荷）時，使用小波動控制閥組進行控制；緊急停機閥處于優(yōu)先位置，機組在任何工況下均能實現(xiàn)緊急停機。

4.1 接力器開啟過程描述

對于大波動閥，經(jīng)微機控制器或手動控制大波動先導控制閥Ⅰ至其開啟，此時大波動先導控制閥Ⅰ的控制腔A接壓力油，此壓力油進入大波動執(zhí)行閥左側的控制腔使大波動執(zhí)行閥的閥芯向右運動，從而大波動執(zhí)行閥的控制腔A 接壓力油，控制腔B接回油，即接力器的開腔通壓力油，關腔通回油，接力器向開啟方向運動。微機控制器或手動控制撤銷開機控制，大波動先導控制閥Ⅰ回到初始位置，大波動執(zhí)行閥在內部彈簧的作用下回到中間平衡位置，接力器停止開啟運動，保持靜止不動狀態(tài)。

圖3 調速器機械液壓原理圖

對于小波動閥，經(jīng)微機控制器或手動控制小波動控制閥至開啟位置，此時小波動控制閥的控制腔A接壓力油，控制腔B接回油，即接力器的開腔通壓力油，關腔通回油，使接力器向開啟方向運動。微機控制器或手動控制撤銷，小波動控制閥在內部彈簧的作用下回到中間平衡位置，接力器停止開啟運動，保持靜止不動狀態(tài)。

4.2 接力器關閉過程描述

對于大波動閥，經(jīng)微機控制器或手動控制大波動先導控制閥Ⅱ至其開啟，此時大波動先導控制閥Ⅱ的控制腔A接壓力油，此壓力油進入大波動執(zhí)行閥右側的控制腔使大波動執(zhí)行閥的閥芯向左運動，從而大波動執(zhí)行閥的控制腔A 接回油，控制腔B 接壓力油，即接力器開腔通回油，關腔通壓力油，接力器向關閉方向運動。微機控制器或手動控制撤銷，大波動先導控制閥Ⅱ回到初始位置，大波動執(zhí)行閥在內部彈簧的作用下回到中間平衡位置，接力器停止關閉運動，保持在靜止不動狀態(tài)。

對于小波動閥，經(jīng)微機控制器或手動控制小波動控制閥至關閉位置，此時小波動控制閥的控制腔A 接回油，控制腔B 接壓力油，即接力器開腔通回油，關腔通壓力油，使接力器向關閉方向運動。微機控制器或手動控制撤銷，小波動控制閥內部彈簧的作用下回到中間平衡位置，接力器停止關閉運動，保持在靜止不動狀態(tài)。

4.3 緊急停機過程描述

電站二次回路控制或手動操作急?？刂崎y至緊急停機位置，此時急?？刂崎y控制腔B 接壓力油，此壓力油經(jīng)過大波動先導控制閥Ⅱ進入大波動執(zhí)行閥的右側，大波動執(zhí)行閥閥芯向左運動，從而大波動執(zhí)行閥的控制腔A 接回油，控制腔B 接壓力油，即接力器開腔通回油，關腔通壓力油，接力器向關閉方向運動。

水輪機調速系統(tǒng)是一個具有嚴重非線性特性、時變、存在水錘效應的非最小相位閉環(huán)系統(tǒng)，其動力學特性的內部不確定性和外部環(huán)境擾動的多變性等增加了控制的難度。水電機組啟動頻繁，各種參數(shù)和機組特性對機組開機過程影響很大。如果調節(jié)次數(shù)過多或者超調很大，機組轉速上升過快，不僅機組承受沖擊較大，且由于機組在接近額定轉速時速度過快，勢必造成同期并網(wǎng)困難。機組最優(yōu)開啟要求是：在機組允許的加速度并保證不過速的情況下，開機過程盡可能短。開機過程調速器工作于頻率調節(jié)模式，此時PID 參數(shù)整定更為復雜?？刂葡到y(tǒng)在實際應用之前必須進行調試以確定其控制的準確性。常規(guī)的PID控制必須在現(xiàn)場根據(jù)機組容量、突變負荷的容量、負荷性質等加以試驗整定。

水輪機調速器決定了水電站供電的質量，從技改的效果來看，技術改造達到了預定目標，新的調速器更具智能性，運行效果良好，消除了原調速器功率調節(jié)時的大幅度波動，調速系統(tǒng)的靜特性，動特性，穩(wěn)定性等特性參數(shù)滿足正常的工況，發(fā)電可靠性有很大的提高。