水電站調速裝置的技術改造

摘 要：早前，水電站調速裝置大部分運用的是機械液壓調速器，隨著科學技術是高速發展，機械液壓調速器已經滿足不了水電站自控水準，因此水電站調速裝置的技術改造勢在必行。闡述了水電站調速裝置現狀，分析了其存在的普遍問題，基于YWT型可編程調速器技術，提出了水電站調速裝置的技術改造措施。

關鍵詞：水電站；調速器；YWT；技術改造

中圖分類號：TV73 文獻標志碼：B文章編號：1671-7953(2009)01-0028-03

Technical Innovation of Speed Control Device in Hydropower Station

LIU Ji-lai

（ Zhejiang Water Conservancy and Hydropower College Zhejiang Jiangsu 310018 ，China）

Abstract: Earlier，most of the hydropower stations maked use of the mechanical hydraulic governor as speed control device，with the rapid development of science and technology，mechanical hydraulic governor has been unable to meet the standard of control，so，technical innovation is to be imperative. The article discribled the Situation for Speed control devices on the status of hydropower stations，analysed the problems，and gave technical measures for the governor proposed hydropower with YWT governor-programmable technology.

Key words: Hydropower station；Speed control device；YWT；technical innovation

早前，國內水電站調速裝置大部分運用的是機械液壓調速器，而機械液壓調速器，其控制部分為機械杠桿、飛擺、緩沖器等，結構比較復雜，動作遲緩、測頻精度差、較難調整和維護、技術落后。目前，大部分水電站調速器已經出現了自動調節能力下降，頻率不穩定、操作不靈活、經常出現丟步與失步的現象。當電網出現事故跳閘，調速器不能及時關閉水輪機導水葉，而發生機組飛車事故。因此對其進行技術改造勢在必行。

1 水電站調速裝置概述

調速器是水電站自動調節中最重要的一個環節，在調速器運行時應詳細考慮實際情況來改選合適類型的調速器，實現機組安全穩定運行，而大部分的水電站機械液壓調速器均需要實現技術改造。隨著計算機技術的高速發展，液壓調速器更新換代將進一步加快；微機運算速度快、容量增大，為擴展調速器的功能提供可能，液壓行業、機械電子行業、自控領域的新技術在調速器中得到了進一步運用，調速器的性能將得到極大的提高，功能將越來越完善、運行將更加安全可靠。

機械液壓調速器在多年運行中發現存在下列問題：穩定性差、死區大、調節靈敏度低；電氣元件易老化、壽命短、故障率高；機械液壓系統結構復雜、維護量大、可靠性差。電液轉換器經常出現卡阻，正常運行中有時出現溜負荷；開限機構在開停機時有時無法自動打開或關閉；機械協聯機構常因槳葉啟動閥和聯鎖閥卡阻而無法動作；槳葉機械協聯機構凸輪不準確，效率低，常需人為手動調整；并網難且時間過長，有時甚至無法并網。

一般水電站調速器存在的主要問題為：

1）可靠性差

對于一般的電液調速器來說，其關鍵部件為步進電機及其驅動器、位移傳感器，出現步進電機存在失步、驅動器線路板制作工藝和焊接工藝差、位移傳感器參與調節等問題，在實際應用中經常存在突然甩負荷或自動失靈等現象。電氣部分制造工藝、抗干擾能力差。普通的電液調速器的主要電路組成為分立電子元件，線路板制作工藝和焊接工藝等問題。從而在運行過程中，經常存在零點飄移、接觸不良故障，其抗干擾能力也較差。調節性能、穩定性差，空載頻率擺動過大，并網時間過長。

2）安全隱患

對于新形勢下的調速器來說，應具備單機運行功能，但機械液壓型調速器卻當系統故障時，機組沒法單機帶廠用電運行。對沒有備用電源的電站，在洪水期，若大壩需要啟升閘門排洪或廠房需要照明時，此時沒有電源，對大壩及設備將構成嚴重的安全威脅。

因此我們考慮基于機械液壓以及一般的電液調速器，從可編程角度出發，合理改造調速器。鑒于此，筆者引入YWT型可編程調速器技術，并針對傳統的機械液壓調速裝置，進行合理的改造。而對于一般的電液調速器，可以直接增加可編程調速器技術。

2 基于YWT型可編程調速器技術的水電站調速改造

2.1 YWT型可編程調速器技術概述

YWT型微機調速器是新一代水輪機電液調速器，以日本三菱FX1S-14MT可編程控制器作為調節控制的核心，采用了先進的自適應式PID變參數、變結構的控制方式，機械液壓隨動系統采用標準化的數字式液壓元件，安全可靠，安裝、調試、維護極其方便簡單。其主要特點是:

1）采用發電機殘壓測頻，轉速信號源取自發電機端電壓互感器付邊輸出，無論在發電機勵磁投入或退出的情況下都能正常工作。

2）反應靈敏，具有較高的調節精度，動態品質優良；采用PLC自動協聯，其協聯曲線可根據需要任意設置和修改，且協聯精度高；每個噴針都由微機單獨控制，因而使多個噴針具有很高的同步精度；可根據需要任意設置和修改噴管的運行方式；采用流量型環噴式電液轉換器直接控制接力器，使控制精度和可靠性大幅提高；采用電磁換向閥實現機械手動操作，直觀、可靠、無漂移；機械液壓系統采用模塊結構，機械柜內無明管，結構簡單，外形美觀。

YWT調速器中的調節器由PLC多種功能模塊、組合閥及電源構成，其中PLC的基木的一元U1主要由兩片超大規模集成電路構成，一片為16位的CPU；另一片為專用邏輯處理器( U3 ) 。前者負責調節程序的執行、PID調節計算，后者負責輸入、輸出開關錄的控制及邏輯處理，U2的計算結果輸入U3，并由U3控制組合閥，從而帶動接力器下作，提高了響應速度。

各種模擬信號，如接力器位移、有功功率及水頭等信號的采集由A/D模塊U4來完成，6 ms可采集4個模擬信號，采集到的模擬信號轉換為數字錄后，由基本的一元U1讀入，參與PID調節計算，計算結果由U1輸出控制組合閥，此外，電源模塊和信號處理模塊負責交流、自流電源的同時下作或切換操作，并對PLC基本的一元和觸摸屏供電，同時還將來自機組組PT和電網PT的頻率信號進行隔離、降壓、整形后送至基木單元U1的高速端口，采用脈沖計數法實現對頻率的測量，接力器的位移信號亦通過信號處理板進行幅值處理，調整為規范信號送至A/D模塊。其電氣系統原理為圖1所示：

由于YWT調速器具有完善的容錯及故障處理系統，當調速系統中發生非致命性故障時，裝置仍可運行，通過裝置的故障保持功能或改變運行方式，在故障處理系統的指導時，維護人員可不停機進行故障處理，提高機組的利用率。

2.2 水電站調速裝置改造措施

2.2.1 改造方案

對于一般的舊式液壓調速器，改造方法是保留調速器主配壓閥以下的機械及液壓裝置部分，改造主配壓閥以上的控制調節部分。由于不改變調速器的機械及液壓裝置，其改造過程相對比較簡單，將原調速器控制箱及箱內的飛擺馬達、連桿緩沖機構等撤除，更換成微機控制步進電機式控制調節裝置。

將調節柜及柜內的馬達和調節機構拆卸，保留調節機構的連接部分。清理調節柜底面與調速器油箱的接觸面，就位安裝微機調節柜。固定牢固后，將柜內的機械調節隨動機構與原有裝置相連接，并接通各油壓管路系統及電氣回路。安裝完畢，先進行靜態調試：檢查電氣回路、接通電源，打開油閥，手動旋轉步進電機手輪使電動缸輸出行程為一半后保持不動，調整杠桿機構為基本水平并同時使導葉開度達到一半，調整位移傳感器在中間位置，然后將傳感器固定。檢查各運行指示燈指示正確，檢查事故停機回路，確定開機和關機時間。

2.2.2 YWT改造后的運行措施

YWT型調速器的運行包括自動運行、液壓手動運行和手輪操作機構運行等;一般情況下，調速器下作在自動運行狀態。當調速器切為液壓手動運行時，調速器電氣部分的輸出被切斷，不再對數字閥起控制作用，通過用手操作旋鈕控制接力器的開關運動，但運行人員可從而板上觀察調速器的狀態及參數。調速器的手動和自動切換可隨時無擾動、無條件地進行。并網自動運行時，當檢測到調速器電氣故障時，調速器自動地切為手動，這時步進電機的控制信寫被切斷，調速器即無擾動地切為手動運行，接力器保持原有開度不動。必要時，也可隨時用控制柜上的手自動切換開關將調速器切為手動運行。

當調速器壓力動力源消失時，可用手輪操作機構進行開停機及增減負荷運行;當緊急停機電磁閥接到緊急停機命令動作時，接力器以整定的最快速度關閉。

該調速器中的電氣部分控制柜是免維護的;機械液壓系統中由于集成構件的采用，使得結構大為簡化，除需對主配壓閥和接力器進行長時間間隔的定期檢修外，平常亦無需維護。由于PLC的硬件采用功能模塊化結構，如對調速器進行功能擴展，只需增加必要的功能模塊，而原來的硬件部分保留，不會造成重復投資。

3 結語

YWT型可編程控制噐運行穩定，是新一代水輪機電液調速器，具有反應迅速，能適應機組在不同工況下運行的要求的特點，因此在水電站對機械液壓調速器的技術改造過程中具有十

分重大的現實意義。

參考文獻

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