潘口水電站機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻穩(wěn)定性改造

漢江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 電廠維護(hù)室 李發(fā)鵬

漢江水利水電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 丹江口水力發(fā)電廠 陳夢(mèng)萍

漢江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司機(jī) 電設(shè)備部 米 斯

對(duì)于微機(jī)調(diào)速器來(lái)說(shuō)，測(cè)頻環(huán)節(jié)的可靠性、穩(wěn)定性、精度和實(shí)時(shí)性直接影響調(diào)速器的調(diào)節(jié)品質(zhì)和整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行。本文，筆者主要闡述了潘口水電站機(jī)組調(diào)速器在電力生產(chǎn)過(guò)程中的重要性，并分析了調(diào)速器測(cè)頻錄波曲線，指出了測(cè)頻穩(wěn)定性改造的必要性。

一、潘口水電站機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)概述

潘口水電站機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)為武漢長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所生產(chǎn)的WDT-150-6.3 型，電氣系統(tǒng)采用雙冗余PLC 型微機(jī)數(shù)字調(diào)速器，其硬件及軟件平臺(tái)采用來(lái)自法國(guó)Schneider-electric 的TM258 型控制器，該控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊（一體化本體）、體積小巧（42I/O 幅寬僅有62.5 mm）、反應(yīng)速度快（雙核處理器、22 ns/指令）、通信能力強(qiáng)（百兆網(wǎng)口）等優(yōu)點(diǎn)，本體帶有周期測(cè)量功能，可以完全實(shí)現(xiàn)PLC 本體測(cè)頻，非常適合調(diào)速器設(shè)備使用。其中頻率測(cè)量分為機(jī)頻1（機(jī)組PT）、機(jī)頻2（齒盤）、網(wǎng)頻（系統(tǒng)PT）3 路，這3 路頻率測(cè)量環(huán)節(jié)經(jīng)接口功能板CK/PCB-020、CPU、高速計(jì)數(shù)等模塊最終提供調(diào)節(jié)器的頻差信號(hào)Δf＝f給（網(wǎng)頻）－f機(jī)。從調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)看，測(cè)頻是3 個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)的前置環(huán)節(jié)，一旦測(cè)頻出錯(cuò)或不可靠，整個(gè)調(diào)速器自動(dòng)通道的可靠性就無(wú)法得到保證。

二、改造前機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻控制理念及存在的問(wèn)題

1.改造前機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路分析。改造前機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路接線如圖1所示。

圖1 改造前機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路接線

在潘口首臺(tái)機(jī)組調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該硬件回路接線存在以下問(wèn)題：

（1）網(wǎng)頻（NF）與機(jī)頻2（JF2）通過(guò)頻率切換繼電器K16，只能有一路頻率進(jìn)入高速計(jì)數(shù)DM72DF1（圖1中A14-11），當(dāng)機(jī)頻1（JF1）故障和頻率切換繼電器切換同時(shí)故障時(shí)，機(jī)組頻率則會(huì)故障，從而導(dǎo)致調(diào)速器切手動(dòng)，在很大程度上降低了機(jī)組在并網(wǎng)工況下安全運(yùn)行的可靠性。

（2）潘口首臺(tái)機(jī)組調(diào)試過(guò)程中的調(diào)速器錄波曲線如圖2所示。網(wǎng)頻與機(jī)頻2 在并網(wǎng)時(shí)通過(guò)繼電器K16 切換的瞬間，給網(wǎng)頻造成很大干擾，高速計(jì)數(shù)達(dá)計(jì)數(shù)峰值100 Hz，而此時(shí)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出至0，從而將導(dǎo)葉全關(guān)，使機(jī)組由發(fā)電態(tài)變?yōu)檎{(diào)相態(tài)，在此過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)造成了很大沖擊。

圖2 改造前機(jī)組并網(wǎng)時(shí)調(diào)速器錄波曲線

2.改造前機(jī)組調(diào)速器軟件測(cè)頻程序分析。通過(guò)對(duì)機(jī)組調(diào)速器軟件程序?qū)y(cè)頻的控制理念的分析，并結(jié)合圖2，筆者發(fā)現(xiàn)機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻控制理念存在以下不足。

（1）因硬件部分網(wǎng)頻與機(jī)頻2 靠繼電器切換才能進(jìn)入高速計(jì)數(shù)，因此在軟件程序中并網(wǎng)之后只有機(jī)頻1 與網(wǎng)頻參與調(diào)節(jié)器工況計(jì)算，若此時(shí)兩路頻率都故障，機(jī)組就會(huì)切手動(dòng)運(yùn)行。另外，在機(jī)組空載及并網(wǎng)工況要加入頻率切換條件來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的工況計(jì)算及故障判別。從這兩方面分析，該控制理念增加了調(diào)速器軟件程序的復(fù)雜性及繁瑣性，降低了機(jī)組并網(wǎng)時(shí)測(cè)頻的可靠性。

（2）在機(jī)組并網(wǎng)后，機(jī)組軟件程序通過(guò)對(duì)機(jī)頻1 與網(wǎng)頻的容錯(cuò)來(lái)賦值。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后在網(wǎng)頻未故障的情況下，若機(jī)頻1超出±0.05 Hz 時(shí)，則會(huì)將網(wǎng)頻的值賦給機(jī)頻1 用于調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)用。在這種情況下，會(huì)導(dǎo)致在機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，網(wǎng)頻與機(jī)頻2 通過(guò)繼電器切換，在切換瞬間會(huì)給網(wǎng)頻造成很大干擾，而此時(shí)網(wǎng)頻又不故障，因此將高速計(jì)數(shù)測(cè)得的網(wǎng)頻值100 Hz 賦給機(jī)頻1，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)器將調(diào)節(jié)輸出至0 而全關(guān)導(dǎo)葉，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

三、改造方案分析

1.機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路改造。改造后的機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路接線如圖3所示。

圖3 改造后的機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路接線

（1）分別給雙冗余PLC 增加法國(guó)Schneider-electric 生產(chǎn)的高速計(jì)數(shù)器TM5SDI2DF，該計(jì)數(shù)器為TM258 型專用頻率測(cè)量，其計(jì)數(shù)模式為門測(cè)量方式，計(jì)數(shù)頻率可達(dá)48 MHz（缺省值），因此適合用于機(jī)頻2 的測(cè)量。

（2）廢除頻率切換繼電器K16，不改變網(wǎng)頻測(cè)量的高速計(jì)數(shù)器測(cè)量回路，這樣便保證了3 路頻率都能進(jìn)入各自高速計(jì)數(shù)器，避免了頻率切換繼電器對(duì)高速計(jì)數(shù)的干擾，從而提高了調(diào)速器頻率測(cè)量的可靠性，有利于機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.機(jī)組調(diào)速器軟件程序測(cè)頻理念的改造。

（1）因機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻硬件回路增加了機(jī)頻2 的專用測(cè)量計(jì)數(shù)器，廢除了頻率切換繼電器K16，使3 路頻率都能進(jìn)入各自的高速計(jì)數(shù)狀態(tài)，因此在調(diào)速器軟件程序中刪除了頻率切換這個(gè)判別條件，從而優(yōu)化了調(diào)速器的工況計(jì)算過(guò)程，使故障判別更加合理；同時(shí)在機(jī)組調(diào)速器軟件程序測(cè)頻部分中，對(duì)機(jī)頻2 配置一定的濾波系數(shù)，按測(cè)速探頭與齒盤的安裝距離配置適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)，使機(jī)頻2 測(cè)量更為精確，并使機(jī)頻2 成為機(jī)組在并網(wǎng)工況下機(jī)頻1 與網(wǎng)頻都故障時(shí)的后備頻率，從而為調(diào)節(jié)器計(jì)算提供了可靠的頻率測(cè)量保證。

（2）經(jīng)過(guò)多次模擬并網(wǎng)工況試驗(yàn)，將調(diào)速器軟件程序中對(duì)機(jī)組并網(wǎng)后機(jī)頻1 與網(wǎng)頻容錯(cuò)賦值的控制方法改為機(jī)頻1 與網(wǎng)頻分別與50Hz 做差之后，哪個(gè)差值小則用哪個(gè)用于調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)計(jì)算用的控制方法。改造后機(jī)組并網(wǎng)時(shí)調(diào)速器錄波曲線如圖4所示。

圖4 改造后的機(jī)組并網(wǎng)時(shí)調(diào)速器錄波曲線

該控制理念完全符合機(jī)組并網(wǎng)時(shí)相應(yīng)的工況計(jì)算，從而解決了改造前網(wǎng)頻測(cè)值過(guò)大而誤賦值，使調(diào)節(jié)器誤調(diào)節(jié)的重大安全隱患。

四、結(jié)論

經(jīng)過(guò)潘口水電站首臺(tái)機(jī)組調(diào)試、72 h 試運(yùn)行、生產(chǎn)運(yùn)行等實(shí)踐，改造后的機(jī)組調(diào)速器測(cè)頻穩(wěn)定，安全可靠，有效地保證了機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使機(jī)組始終處于安全、穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下正常工作。