奚日磊，徐云鵬

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概況

調速器系統(tǒng)是電站運行的重要系統(tǒng)之一。調速器實現(xiàn)機組的開停機控制、頻率控制、負荷調整及甩負荷后的轉速控制等功能。其基本任務是通過調節(jié)導葉開度控制進入轉輪的水流量，在機組啟動時調節(jié)機組轉速、機組并網(wǎng)后調節(jié)機組的有功功率。同時，調速器還是電站與機組安全監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行裝置之一，當發(fā)生電氣事故或機械事故導致機組跳閘后，調速器可及時關閉水泵水輪機的導水機構，以防事故擴大。

沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖環(huán)湖東路，裝設2臺單機50 MW的可逆式水泵水輪機，采用機變單元接線方式。電站的NEYRPIC1500型電液調速器于2001年安裝調試，2002年投入運行，調速器組成包括：調速器柜(機械柜和電氣柜)、油壓裝置、控制設備、壓縮空氣自動補氣裝置、各連接管路、閥門、表計、控制元件、監(jiān)測元件和連接電纜等。由于運行時間長，可靠性逐步下降，存在較多問題，為保證電站的正常運行，提高發(fā)電機運行效率，保證供電質量，故先后對調速器的電調部分和機調部分進行改造。

2 電調部分

2.1 改造原因

由于調速器運行時間長，調速器的電調部分可靠性下降。依據(jù)電調運行現(xiàn)狀，經過前期調研情況，沙河電站決定將1、2號機組電調（NERYPIC 1500）系統(tǒng)原廠升級改造為TSLG（NERYPIC 1 500升級版本）系統(tǒng)，并采用主流的雙冗余配置，于機組檢修A修期間實施。

2.2 電調部分改造后情況

沙河電站調速器電氣部分為法國ALSTOM生產，調節(jié)系統(tǒng)改造升級為NEYRPIC TSLG，是32位微處理器，50 MHz時鐘頻率，其配置語言是VISUAL C++，MODBUS與控制系統(tǒng)連接，包括24個邏輯輸入，24個邏輯輸出，10個模擬輸入以及7個模擬輸出。TSLG通過控制電液轉換器進行水輪機的調節(jié)，從而實現(xiàn)負荷與頻率的調節(jié)，其主要功能是:控制機組啟動和停止的流程，使機組與電網(wǎng)同期，當并網(wǎng)時調節(jié)機組的出力，當孤網(wǎng)運行時調節(jié)網(wǎng)絡的頻率，以及控制特殊的流程。

2.2.1 電源的冗余

調速器的電源采用雙路220 V直流電源，在電調101 RG柜內轉換為48 VDC，后經調速器兩個電源塊ALIM1和ALIM2分別轉變?yōu)?5 VDC、±15 V DC和+24 V DC進行供電；并采用一組220 V交流電源作為輔助回路電源。當工作電源故障時，備用電源不間斷的投入，如工作電源正常后，備用電源自動退出，工作電源不間斷的投入，保證調速器穩(wěn)定可靠運行。

2.2.2 調節(jié)裝置系統(tǒng)（UPC+SPC)的冗余

調速器電氣調節(jié)裝置主要由2套UPC數(shù)字調節(jié)器、2個SPC以及相應的供電模塊組成。其中設置的2套UPC數(shù)字調節(jié)器兩者之間互為冗余，處于正常運行的時候一套UPC為主用，另一套則作為備用，主用UPC發(fā)生故障的時候，能夠自動切換至備用UPC。處于正常工作狀態(tài)的時候，UPC將會同時對2個SPC進行控制，每一個SPC分別對各自的電液轉換器進行控制，再通過電液轉換器來實現(xiàn)對主配壓閥的有效性控制，進而使導葉接力器的實際動作進行控制。與此同時，其中2個SPC能夠同時對接力器位置的信號進行接收，進而將相應的信號反饋至運行狀態(tài)的UPC當中，從而形成相應的閉環(huán)控制。

2.2.3 獨立的轉速測量系統(tǒng)（NEYRPIC TADT1 000)

TADT測速系統(tǒng)可接入3路測速信號，沙河電站1、2路分別接入PT信號（殘壓測速）、測量傳感器信號（齒盤測速），第3路固定接入齒盤測速信號。齒盤測速探頭安裝在水車室，當轉輪轉動時齒盤也隨其轉動，測速傳感器通過測量凸輪和凹輪兩種狀態(tài)及輸出開路和短路兩種信號，形成方波信號，經過分除模塊做除法，將產生的齒數(shù)倍頻率方波轉換成機組真實的頻率。分除后，經標幺模塊把機組頻率信號轉化成標幺值，以便于TADT進行處理（如圖1）；殘壓(PT)測速將機端電壓互感器信號引入測速系統(tǒng)，通過將交流正弦波信號轉換成方波信號，再和齒盤測速一樣經過分除模塊做除法。TADT最后通過濾波模塊得到最終轉速信號。做出判斷后，通過驅動相應的繼電器給RTU送出轉速信號，作為RTU開停機、報警、輔機控制等程序的判斷。

圖1 TADT的數(shù)據(jù)處理過程

2.2.4 導葉位移傳感器的冗余

調速器配置了2套不同原理的導葉位移傳感器，分別安裝在不同的接力器上，一套為ALSTOM提供的位移傳感器，一套為MTS磁致伸縮位移傳感器。MTS磁致伸縮位移傳感器的磁鐵安裝在導葉液壓缸缸桿頂端，傳感器主體則裝在缸頭上。脈沖發(fā)生器在磁致伸縮波導絲上施加一個電脈沖信號，電脈沖同時伴隨一個環(huán)形磁場，以光速沿波導絲向下傳播，該磁場遇到浮子內磁鐵形成的磁場時相互迭加，根據(jù)威德曼效應，波導管瞬間變形產生波導扭曲，同時產生一個應變脈沖的超聲波信號，在波導管中以固定的速度向兩端傳播。傳到末端時，其能量將被衰減阻尼裝置吸收，傳到控制器一端時， 超聲波被回波接收裝置接收并轉換為電脈沖，該電脈沖放大后送到主要由計數(shù)器組成的測量電路中。測出脈沖發(fā)射與脈沖接收兩者之間的時間間隔，乘以超聲波的速度，即可得到磁鐵的位置，實現(xiàn)位置測量（如圖2）。

圖2 MTS磁致伸縮位移傳感器測量原理示意圖

2.3 運行情況

調速器電調部分經改造后運行穩(wěn)定，維護量少。主流的雙冗余配置極大地調高了調速器的穩(wěn)定性、可靠性，獨立的轉速測量系統(tǒng)功能齊全，滿足機組對測頻高的要求。

3 機調部分

3.1 改造原因

調速器振源過于集中，機械柜振動較大（主閥開啟瞬間調速器機械柜振幅達423 μm），常導致管件松動、密封件損壞、管道滲油、管道磨損，同時影響二次元件運行的可靠性，降低設備壽命。

調速器機調系統(tǒng)不具備在線過濾功能，運行中調速器油品時有超標情況。冬天由于環(huán)境溫度降低，調速器液壓油粘度增加，致使電磁閥工作不穩(wěn)定。

調速器結構布局不合理，電液轉換器、主配壓閥、主閥控制電磁閥、油過濾器、主油路隔離閥、電子儀表等元器件及其配套管道、管線等均集中于1.2 m×0.6 m×2.26 m的立式控制柜內，管線走向不清晰，不利于缺陷查找。機械柜內設備布置過于緊湊，柜內維修空間狹小，給檢修維護帶來一定的困難。

3.2 機調改造后情況

沙河電站調速器機械部分為能事達電氣股份有限公司生產，是主要設備系統(tǒng)的又一次國產化改造嘗試，主要針對調速器存在的問題進行改造優(yōu)化。

3.2.1 優(yōu)化設備布局

優(yōu)化調速器設備布局，將主閥控制部分安裝在主閥附近，電液轉換器、主配壓閥等較大振動元件布置于回油箱上。優(yōu)化管路布置，統(tǒng)一操作電磁閥管路的口徑，管路接頭密封類型由平面改為錐形（如圖3）。

圖3 錐面密封管接頭密封結構圖

3.2.2 增設濾油設備

在回油箱內部增設濾網(wǎng)，且外部增設在線濾油裝置；優(yōu)化調速器壓油泵運行方式，在環(huán)境溫度較低時自動空載運行，調節(jié)調速器油運行中的溫度，保證油質穩(wěn)定。

3.2.3 增設主閥供油隔離閥

增設主閥供油隔離閥，作為檢修過程中油壓切換時電磁閥誤動的保障措施；更換油壓控制柜，設置透明觀察窗，優(yōu)化操作、控制和保護功能；增設緊急停機按鈕。

3.3 運行情況

調速器機調部分改造后，設備布局的優(yōu)化提高了密封效果，消除了管路漏油、滲油問題，提高了設備運行可靠性。在保持原本管路過濾器的基礎上，增設粗濾網(wǎng)、在線過濾裝置，通過三重過濾，使電磁閥長期處于較好油質的運行環(huán)境。增設主閥接力器供油管隔離閥，完善安全保障措施，設置透明觀察窗，便于日常點檢過程觀察設備，提升設備日常運維工作的安全性。同時改造后的運行省油省電，提升了經濟效益。

4 結語

調速器改造是沙河電站主要設備系統(tǒng)的又一次國產化改造嘗試，消除原設備系統(tǒng)缺陷，提升了設備運行可靠性，延長了設備使用壽命，降低了日常維護費用，提高了日常維護的安全性和便利性，達到了預期效果，為電站設備國產化改造提供經驗。