智能電液隨動系統的研究

何林波 許棟 胡偉 汪軍

（國網電力科學研究院，南京 210003）

1 引言

近幾年，國內水電機組裝機容量的快速增加，單機容量的逐漸增大，水電廠的自動化與智能化逐漸提高，并提出了智能化電廠的概念。調速器作為水電廠水輪機控制的核心設備，其智能性對智能化水電廠的穩定與安全有著至關重要的作用。因此，本文首先從智能電液隨動系統的結構入手，分析了智能電液隨動系統的基本組成單元與信號接口，然后在目前通用調速器的基礎上提出實現智能電液隨動系統的關鍵性技術，提高智能電液隨動系統的可靠性。

2 系統構成

智能電液隨動系統主要由主配壓閥，伺服隨動先導系統，智能操作模塊，智能數字化傳感器。

智能模塊接受來自電氣控制柜的控制信號，經過綜合處理以后驅動伺服比例閥，伺服比例閥作為先導級驅動主配壓閥，最終由主配壓閥控制接力器開關動作[2]。

信號系統的組成：

外部信號：包括機組的頻率、斷路器狀態信號、系統油壓信號等；

圖1 智能電液隨動系統的組成

反饋信號1：伺服比例閥位置信號；

反饋信號2：包括主配的位置信號，主配壓閥P、T、A、B腔的壓力信號，P、T、A、B腔的流量信號；

反饋信號3：接力器位置信號；

以上反饋信號均來自相對應的智能數字化傳感器，帶有通信接口。

3 相關技術

3.1 冗余控制技術[1]

先導控制級采用雙伺服比例閥控制方案，當一套伺服比例閥發生故障時，智能控制模塊能無擾動的切換到另外一套的伺服比例閥控制系統，冗余硬件可保證系統的可靠性。

在電氣控制柜失效的情況下，智能模塊能根據LCU與外部的狀態信號，控制導葉接力器，保證機組的出力而不會因為電柜的失效而使系統失去控制，提高了控制系統的相對獨立性，從而可保證機組運行的安全性。

3.2 先進傳感器與伺服比例閥

壓力、流量、位移傳感器采用數字化傳感器不但輸出常規的電量信號(如4～20mA 等)，還能通過自身的通信接口輸出數字量信號與狀態信號，提高反饋信號的可靠性。

伺服比例閥為工業級高性能閥件，其性能介于比例閥與伺服閥之間，結合了伺服閥和比例閥的優點，既有伺服閥的高精度高響應性又有比例閥的出力大、耐染能及卡能力強等高可靠性，電磁操作力大，從而解決了液壓卡阻的問題。伺服比例閥的閥心裝備了位置控制傳感器反饋，將反饋信號引入電路形成閉環控制。在斷電故障時該閥具有“故障保險”位置，保證失電時主配閥心回復到中位。

3.3 先進網絡通信技術

智能模塊不但具有常規的MODBUS通信協議，還具有網絡通信功能，支持IEC-61850，通信基本拓撲結構如下圖2所示。機組頻率、導葉位置、主配壓閥各油腔的流量和壓力信號為非電氣量信號，通過相信的智能數字化傳感器采集到智能模塊中，智能模塊將相關信息通過GOSS網傳遞給監控的現地控制系統以及周邊設備。智能模塊也可以通過MMS網與后臺數據庫鏈接。通過該通信技術，可以通過網絡方式對液壓調節系統進行全面控制與監測，提高系統運行的智能性與可靠性。

圖2 網絡拓撲結構

3.4 檢測及防止主配壓閥卡阻的技術

針對調速器主配壓閥閥卡的故障檢測和伺服閥檢測原理相同，主要在主配處于大幅度的調節過程中進行診斷，其診斷原理圖見圖3。

圖3 主配卡阻故障檢測原理圖

伺服比例閥的輸入電流：來自電氣調節柜；

主配閥心行程：來自主配閥心位移傳感器；

導葉行程：來自導葉行程位移傳感器；

當主配壓閥處于調節狀態時，伺服比例閥的輸入電流、主配閥心行程、導葉行程必定組成一個相應的比例關系，如伺服比例閥的正向輸入電流越大，主配閥心開方向行程越大，導葉開方向行程越大，通過該比例關系的比較，設定一個閾值，當三者之間的差值大于閾值，則可判定主配卡阻。

確定主配壓閥卡阻后，智能電液隨動系統向監控系統報警，監控系統可綜合各狀態對其進行相應的處理。

3.5 多方位主配監測技術

目前國內調速器系統對主配的監測主要是主配閥心位置反饋，智能電液隨動系統引入對主配壓閥各操作油腔壓力、流量狀態量，控制腔壓力狀態的監測，通過操作腔壓力的監測可計算出目前導葉接力器的受力狀態，可對水輪機導水機構及引水管道的動態特性進行分析，為機組的安全提供有力保障。通過閥口流量分析可知道目前導葉接力器的運動速度等狀態。

4 結論

綜上所述智能電液隨動系統以智能模塊為核心，采用先進的智能數字化傳感器與先進的伺服比例先導設備保證設備的可靠性。智能模塊采用先進的網絡通信技術，提高設備的網絡化特性與智能控制特性。智能模塊使用模糊控制算法能夠迅速判斷系統的狀態。本為對智能電液隨動系統技術做了基本論述，智能電液隨動系統是電液控制系統的一個發展趨勢，有助于推動智能調速器的發展。智能電液隨動系統是智能化電廠重要的一個環節，同時為智能電網的建設提供支撐。

[1]邵宜祥等. 1000MW水輪機調速系統SWT-1000技術方案.第二屆水力發電技術國際會議論文集. 2008.

[2]蔡衛江等.適用于大型水輪機調速器的智能手操機構的設計[J].水電廠自動化,2008(2).

[3]成大先主編.液壓傳動[M].北京:化學工業出版社,2004.