GE水輪機調速器在水電廠的運用及優化

　　水輪機調速器是水輪發電機組的一個重要輔助設備，除了完成調節機組頻率任務外，還有多種控制功能，如機組啟動、停機、增減負荷等。水輪機調速器通過外部開入開出、模入模出板件與發電機控制系統交換數據并實行控制，調速器控制系統的運行直接影響到發電機能否正常運行。本文以某電廠調速器改造為例，闡述了GE水輪機調速器在水電廠的運用及優化。
　　1　概述
　　某電廠#3水輪機調速器最初為1990年投運的挪威克瓦納公司生產的“LV26b”型機械調節柜和1998年投運的南瑞電氣控制公司“SJ－721”型雙微機電氣調節柜。隨著運行時間的增加，該調速器系統出現電氣柜板卡金手指接觸不良、開關電源模件故障率、伺服閥濾網易堵塞等故障現象，且故障率逐年增加，機組負荷波動頻繁發生，一次調頻性能難以滿足系統要求。2010年2月，該廠決定水輪機調速器改造為美國GE公司生產的Micronet／FCS000調速系統，該調節系統由一套Micronet Plus電氣控制柜和一套由FCS000閥為主組成的機械液壓控制柜組成。
　　2　調速器系統的運用及優化
　　為確保水輪機調速器控制部分與電廠原有自動控制系統正確配合，確保整個系統安全運行。電廠組織技術力量對調速器測速系統、控制流程、保護、接口、供電、PID參數等進行了優化，以實現對水輪發電機的最優控制行。
　　2.1轉速測量優化
　　轉速測量優化包括調節器測速系統優化和自動控制系統測速優化。調節器測速包括2路齒盤測速、一路PT測速；為保證安全性與獨立性，專門設計另外2路齒盤測速供自動控制系統使用，且采用不同廠家、不同測速原理產品。
　　測速裝置與調節柜相對獨立，用于產生滿足機組自動控制所需要的轉速信號及過速保護使用。為保證可靠性，調節柜也可輸出轉速信號(為備用方式)，若測速裝置嚴重故障，則改用調節柜之轉速信號輸出。測速裝置以Siemens S7-200 PLC硬件平臺為核心，采用Braun轉速繼電器D521、接近開關為主要元件，當其中一套測量元件接近開關掉電或發生其它故障時，裝置能進行自動判斷，并將轉速測量信號切換到備用通道，保持測速裝置的正常運行。
　　2.2控制流程優化
　　為與自動控制系統配合，設計有手動、自動開機程序，手動開機時，開度由手動增減開度控制；自動開機時，設計為：收到開機令與開度限制增命令時，打開導葉至15％開度，機組升速至20％額定轉速時，調整導葉開度，轉速以1.3％／秒的速率升至95％Ne后，轉速以0.5％／秒的速率升至額定轉速Ne。
　　2.3保護優化
　　設計上，調節器本身無事故信號，僅有故障報警信號，調節器嚴重故障時，將執行自復中操作，維持導葉開度不變，機組負荷不變。為保證安全，設計為2路自復中串聯，分別由冗余的PLC控制，兩套系統均判斷為時才執行自復中操作。在測速裝置中，為保證安全，設計有電氣過速啟動機械事故停機功能，機械柜部分保留原有機械過速緊急關閉導葉回路，當主配壓閥處于自復中運行狀態時，若發電機并網開關跳閘(偷跳或者遠方切機跳閘時)，機組將過速，為防止此現象發生，增加了調速器自復中狀態運行時，若發電機并網開關跳閘，則啟動機械事故停機回路，緊急停機電磁閥動作關閉導葉，保證機組運行安全。多重保護，確保安全。
　　2.4接口優化
　　發電機自動控制系統以S5－115U型PLC為核心，其主要控制功能包括：機組運行狀態判別、啟動允許判別，開機流程執行、停機流程執行、緊急停機流程執行等。為實現發電機正常控制，要模擬出：機械開度限制機構位置(全關位置、啟動位置、全開位置)、停機閥位置(工作位置、停機位置)反饋給PLC，以保證發電機PLC各種控制流程能正常進行。
　　經優化組合，模擬開度限制機構位置方法為：在調速器軟件中，增加用戶程序，用電氣開限模擬原開度限制機構位置，增加、減少開度限制的命令送至調速器開關量輸入板，在調速器軟件中設置與機械開度限制位置相對應電氣開限值(0、10％、100％開度)，通過開關量輸出板反饋給機組PLC。分別模擬PLC控制所需要的全關位置、啟動位置和全開位置。啟動位置的大小可在觸摸屏上手動調整，以適應不同的水庫水位。
　　模擬停機閥位置的方法是：用兩個繼電器構成自保持互鎖回路，由PLC或者手動操作控制，分別模擬停機閥工作位置，停機位置反饋給PLC，用于滿足PLC順控流程的正常執行。
　　2.5系統供電優化
　　兩路直流電源分別取自電廠兩段直流母線，一路交流電源取自機組自用電，經大容量開關電源隔離變換，供電給調節器使用；測速部分電源也取自2段直流母線，冗余電源結構，確保系統安全可靠供電。
　　2.6調節參數優化
　　離線轉速控制下，轉速階躍測試：
　　P=3.0　I=0.3　D=0.01；
　　并網后：負荷控制下的PID測試：
　　P=4.0　I=2　D=0.1；
　　經反復試驗，導葉快速關閉時間為11.6秒甩100％負荷時，系統動態調節質量較好。
　　2.7導葉開度位置反饋回路優化
　　原導葉開度測量點為主配處，修改測量點為導葉接力器，直接測量導葉實際開度，且為雙路測量，精度、可靠性均有所提高。
　　3　結語
　　通過對調速器測速系統、控制流程，保護、接口、供電、PID參數等方面的優化，解決了調速器與發電機自動控制系統的配合問題，提高系統運行可靠性，設備安裝后，經多次靜態、動態調整試驗，系統主要性能指標符合要求。該型調速器自2010年2月在該廠3#機組投運以來，開機并網速度快，負荷調整快速，精確，運行穩定可靠，較好地滿足了運行要