水輪機調速器改造后功能介紹

劉飛林

中電投江西電力有限公司江口水電廠，江西新余 338025

0 引言

用于江西江口水電站的伺服電機型調速器機械液壓系統是由長江三峽能事達電氣股份有限公司生產制造的。作為高新技術產業，長江三峽能事達電氣股份有限公司多年來專業致力于電廠控制設備的生產，產品包括水輪機調速系統、發電機勵磁系統等，產品已在全國范圍內被廣泛應用。在激烈的市場競爭下，該公司注重科技的創新和產品性能的改進。以下是對江西江口水電廠所采用的伺服電機型調速器機械液壓系統的介紹及改造后的水輪調速器的功能說明。

1 伺服電機型調速器機械液壓系統

1.1 設計原理

此調速系統自動運行及電手動運行回路的控制元件為伺服電機，伺服電機的旋轉運動轉換為機械的直線位移輸出，驅動引導閥上下運動，通過主配壓閥液壓放大輸出壓力能，來操縱接力器[1]。

處于優先位置的緊急停機閥，可保證機組在緊急狀態下，安全可靠關機。

當調速器交、直流電源發生故障時，伺服電機直線位移轉換器能保證主配壓閥自復中，維持水輪機導葉在故障前的位置，并可純機械手動安全停機。

1.2 液壓系統組成

調速器機械液壓系統由：伺服電機直線位移轉換器、雙精濾油器、主配壓閥、引導閥、緊急停機電磁閥等元件組成。

1.3 液壓系統工作原理

伺服電機微機調速器機械液壓系統采用直聯型塊式結構，實現了調速器柜內無明油管，整體結構緊湊、新穎、美觀。

微機綜合數字信號經定位模塊轉換為頻率固定的定位脈沖信號給伺服電機驅動器，驅動器控制輸出為3相交流電壓使交流伺服電機產生額定轉矩為22kgf·cm的角位移，此角位移經伺服電機上的編碼器反饋給驅動器，使伺服電機的角位移與驅動器的輸入信號成比例，與此同時通過滾珠絲桿傳動副轉換為直線位移，經引導閥和主配壓閥，產生足夠的液壓操作力，控制接力器來調節水輪機的導葉開度和輪葉開度。

主接力器的位移經電氣反饋裝置轉換為電信號，它與PID調節器輸出信號綜合后送至驅動器。

機械液壓系統分為單調調速系統和雙機調速系統。

進入主配壓閥活塞恒壓腔的壓力油，始終具有推動主活塞向關閉方向運動的力。經過雙精濾油器的潔凈油，經過引導閥、緊急停機電磁閥到主配壓閥的控制腔。

自動與電手動運行工況為伺服電機投入運行工況。

在伺服電機失電狀態下，伺服電機直線位移轉換器自復中，轉入純機械手動操作工況。

1.3.1 伺服電機控制回路

伺服電機直線位移轉換器作為電/機轉換器，將電氣控制信號轉換為機械位移輸出，驅動引導閥動作，轉換為液壓流量，改變主配壓閥控制腔的油壓值，主活塞在壓力差的作用下，朝上或朝下運動，打開工作窗口，接力器開始運動。

當電機順時針（或手柄逆時針）轉動時，直線位移轉換器的調零桿上移，高于零位，引導閥閥芯向上移動，驅動主配壓閥活塞向上，接力器向關方向運動。

當電機逆時針（或手柄順時針）轉動時，直線位移轉換器的調零桿下移，低于零位。引導閥針塞向下移動，驅動主配壓閥活塞向下，接力器向開方向運動。

1.3.2 主閥自復中及純機械手動功能

伺服電機失電，由于主配壓閥自復中，接力器保持在當時開度。因為失電時伺服電機直線位移轉換器失去了驅動力，調零桿在復中彈簧的作用下回到中位（機械零點）引導閥與主配活塞跟隨回到零位，接力器停止運動，保持當時的開度。

1.3.3 緊急停機電磁閥的工作原理

緊急停機電磁閥設置在最靠近主配壓閥的位置，給緊急停機電磁閥發出停機信號，閥芯換位，將引導閥的控制油切斷，同時使主配壓閥的控制腔通回油，接力器迅速關機。

調速器恢復運行時，必須使緊急停機電磁閥復歸。

緊急停機閥復歸后，接力器應保持在全關位。

1.4 主要部件

1.4.1 伺服電機直線位移轉換器

伺服電機直線位移轉換器，主要由交流伺服電機，精密滾珠絲杠傳動副、復中彈簧等組成。

在伺服電機控制運行時，伺服電機接受電氣控制信號，正傳或反轉，帶動絲桿轉動，螺母就上或下運動，與螺母連接的調零桿隨著上下運動，引導閥與主配壓閥活塞隨動與調零桿，打開工作窗口，操作接力器。

朝上運動為關機，朝下運動為開機。

1.4.2 主配壓閥

它由閥體、主配壓閥主活塞、主襯套等組成。 這是一種帶有輔助接力器的、液壓控制式的主配壓閥，與其接口的是液壓反饋閥（引導閥）。

1.4.3 緊急停機電磁閥

此閥是一個兩位三通的電磁換向閥，一位為停機，一位為正常（復歸），線圈短時通電，即可換位，閥芯帶有定位機構，斷電后自保持在當前的位置，閥芯上有按鈕，可人工操作停機和復歸。電源為DC220V。閥芯還配備有微動開關，閥芯換位時發出電節點信號，給電氣回路用于判斷閥芯的位置。

1.4.4 精雙濾油器

該濾油器安裝主配壓閥上方的壓力油管路中，用以保護緊急停機電磁閥、引導閥等控制元件及執行機構的，可有效地防止污染避免故障.延長元件使用壽命。

它由二芯組合，由手動換向閥切換，一個工作另一個備用。兩組間切換時，可確保油路不中斷，調速器繼續工作，并且切換時接力器無擾動。

2 調速器（改造后）

調速器設備內部含有精密儀器，對存放、運輸的條件要求比較高。在運輸過程中不得倒置，以免損害內部器件；儲存必須放置在貨臺上或木制的底架上，保持干燥。不得在室外露天存放或被雨淋濕，被水淹沒。改造后的調速器運行操作功能更加完善，主要表現在：

1）調速器的工作方式

調速器的工作方式有機械手動、電手動和自動三種工作方式。機械手動運行時，調速器不受電氣系統頻率控制。電手動運行時，可操作面板增加/減少把手控制接力器的開度。自動運行時，調速器根據不同工況控制導葉開度。在正常并入大電網狀態，調速器在三種方式下切換無擾動。

2）調速器的調節模式

調速器具有頻率、開度和公路三種調節模式。自動工作方式下空載運行時為頻率調節模式；負載運行時自動切換為開度（或功率）調節模式，并可在三種模式下無擾動切換；負載運行時若頻率超差（>50.5Hz或<49.5Hz）自動切換為頻率調節模式。

3）調速器的運營狀況

調速器的運營狀況分六種：停機待機、開機過程、空載運行、負載運行、甩負荷運行和停機過程。如圖為調速器控制流程圖。

4）適應水頭變化的自適應功能

5）調速器的控制方式

調速器的控制方式有遠方和現地兩種。遠方控制是從中控室直接控制或通過監控系統操作控制，是正常運行中的主要控制方式；現地控制是通過現地把手開關和人機界面操作控制。

6）適應水頭變化的自適應功能

改造后的調速器，水頭數據可以通過智能漢化界面人工輸入。調速器在開機過程中的接力器開度根據當前水頭值自適應調整，使其快速并網。

3 結論

江口水電廠在對水輪機調速器改造后，其工作方式和運營模式都得到改進，自適應功能大大提高了效率，面板及維修故障處理操作更加方便快捷，為水電站水輪機效率的提高提供了良好的基礎。

[1]長江三峽能事達電氣股份有限公司.http://www.nengshida.com/cn/，2012.