機組轉速測控裝置在大中型水電廠的整改應用

【摘要】電廠轉速測控系統應有兩套不同原理的裝置，用于轉速的精準控制，從而達到對機組的有效控制。某水電廠每臺機組都有一套哈爾濱瑞格大電機技術有限公司提供的SPCT1/3-6型轉速測控裝置，裝于調速器電氣柜上。裝置本身性能較好、可靠性較高，但轉速大于95%Ne后以PT信號殘壓測頻為準，存在一定隱患。再加裝一套轉速測控器作齒盤信號測速專用，可以有效的防止機組出現事故滅磁且發電機保護拒動、機組GCB依然處于合閘位置仍與系統并列、勵磁系統從電網側吸收大量的無功維持磁場穩定、發電機處于異步運行且轉速不斷上升而出現了“并網過速”極端現象，直到機械過速保護動作（機組最后一道保護），才啟動停機流程停機的隱患，改造后提高了機組過速保護動作的安全可靠性。本文將闡述再加裝一套轉速測控器作齒盤信號測速專用，兩套裝置信號均送計算機監控，滿足機組有兩套不同原理的測速裝置的整改要求。

【關鍵詞】殘壓測頻；齒盤測速；轉速測控裝置

0.概述

在電廠的事故中，曾出現過并網機組運行過程中過速，原因是由于勵磁系統事故，勵磁系統不再發出整流脈沖，導致勵磁電流無輸出，機組在失磁狀態下并網運行，而調速器一般以網頻來調速，故不動作。如果發電機失磁保護存在問題，不及時動作停機，將導致機組過速，還有最后一套保護是純機械過速保護（飛擺），如果這些保護都不動作，將導致發電機飛逸的嚴重后果。

電廠轉速測控系統應有兩套不同原理的裝置。某水電廠每臺機組有一套哈爾濱瑞格大電機技術有限公司提供的SPCT1/3-6型轉速測控裝置，裝于調速器電氣柜上面。裝置本身性能較好、可靠性較高，但轉速大于95%Ne后以PT信號殘壓測頻為準，并網后以網頻為調速依據，存在一定隱患。現準備再加裝一套轉速測控器作齒盤信號測速專用，原有裝置不做任何改動。兩套裝置信號均送計算機監控，滿足機組有兩套不同原理的測速裝置的整改要求。

發電機齒盤測速是在一個未閉合的E字型磁鐵上繞上線圈，當該測速裝置經過一個鐵齒尖時，由于E字型磁鐵緊貼齒輪（間隙為幾絲），因此磁路閉合，產生一個電動勢，而在齒溝時，磁阻很大未能形成磁路閉合，不能產生電動勢，因此當測速裝置經過一個個的齒尖時就會產生一個交變的脈沖電動勢，跟據電勢的變化經過電路處理就可顯示出轉速結果。

發電機齒盤測速的特點：（1）具有獨立的電源系統，電源為雙路供電即交流和直流同時供電，多路信號同時輸人，可靠性高。（2）傳感器斷線閉鎖，故障報警。監控儀采用機械轉速優先的法則，正常狀態顯示機械轉速。當探頭傳感器發生故障無法正常傳輸信號時，監控儀將自動轉為電氣轉速，同時發出告警信號。（3）裝置掉電，接點不誤動。（4）動態數據顯示和全數字鍵盤用于人機對話，操作簡單容易使用。（5）當傳感器發生故障時，系統可自動否決故障通道，這種機制的采用可有效地抑制突發性干擾，并剔除故障信號，大大提高了監控儀的容錯能力，從而提高系統的可靠性。（6）機組在蠕動情況下仍能正常檢測，并給出信號。新裝一套轉速測控器專用作齒盤信號測速，有效的解決了某水電廠轉速大于95%Ne后以PT信號殘壓測頻為準，所存在的隱患。

1.裝置介紹

SPCT1/3-6轉速測控器是專門為發電機組設計的高可靠性轉速監測產品。轉速測控器由獨立的轉速測量和控制系統組成，并具有獨立的電源系統。SPCT1/3-6轉速測控器可選擇1、2、3/4路輸入信號，具有硬件看門狗、軟件差分抗干擾、多路開關量接點輸出、4-20mA模擬量輸出、蠕動報警和最高轉速記憶等功能。3/4路輸入信號投票的機制更加有效地提高了可靠性和安全性。另外，雙機熱備系統為重要的應用場合提供了解決方案。

1.1技術特點

信號冗余、電源冗余設計，多路信號同時輸入和交流、直流電源同時供電，可靠性高。傳感器斷線閉鎖，接點不誤動、傳感器故障報警。上電、掉電接點不誤動。LCD圖形動態數據顯示和全數字鍵盤用于人機交互界面，操作簡便，容易使用。6/10/14路可設定繼電器輸出，動作點及報警方式（高報警或低報警）可通過圖形菜單（操作按鈕）現場設定。EMC/EMI兼容設計，抗干擾能力強。測頻和測周期版本可選，適用于不同的應用場合。

1.2技術參數

1.2.1信號輸入方式

投票方式，可同時輸入4路信號，根據現場需要用戶也可以選擇3、2或1路信號輸入。標準輸入通道配置為2路齒盤傳感器信號，2路發電機PT信號。其它輸入組合可通過圖形菜單設定。

1.2.2傳感器

可以選擇霍爾開關（標準）、其它類型的接近開關，發電機PT信號電壓（0-230V）。

1.2.3接點輸出

6/10路繼電器輸出（標準），220VAC/5A，24VDC/3A可選擇14路繼電器輸出版本。

1.2.4模擬輸出

1路4-20mA（標準），最大負載500Ω，可選擇3路模擬量輸出供。

1.2.5分辨率

最高可達到0.01Hz。

1.2.6供電電源

220VAC/220VDC供電，備用電源220VDC和24VDC可選，最大功耗25W。

1.2.7工作環境溫度

0-70℃。

1.3精度控制

SPCT1/3-6轉速測控器通過測頻或測周期方式進行測量，傳感器的類型可以靈活選擇，頻率分辨率可以達到0.01Hz。通常情況下，一般選擇傳感器為2路齒盤傳感器信號和1路發電機PT信號，或4路齒盤信號。

1.4投票機制

3/4路傳感器信號輸入時，通過投票系統選擇最終的測量結果。投票系統根據各個通道的顯示面板（單套）測量結果，通過少數服從多數的篩選規則進行判定。

SPCT1/3-6轉速測控器是一個智能化系統，在運行過程中，當有傳感器故障發生時，投票系統可以自動地否決故障通道的投票權，并忽略投票策略的初始定義，自動地將投票權賦予備用的未發生故障的通道，不過，如果系統復位或重新上電，初始定義的投票策略會重新起作用，直到投票系統斷定故障發生為止。

這種投票機制的采用，可以有效地抑制突發性干擾并剔除故障信號，大大提高了轉速測控器的容錯能力，從而提高了這個系統的可靠性。

2.整改措施

2.1原有裝置處理

機組原有轉速測控裝置仍裝于調速器電氣柜上，所有輸入、輸出信號不作改動。

2.2新加裝置的接入

由于現場條件，新裝置不能與原有裝置一起安裝在調速器電氣柜上，又鑒于一致性和協調性問題，考慮安裝在機組機旁盤的制動柜上。

2.2.1裝置安裝

在剎車柜上將轉速監控裝置（其所有輸出均未使用）拆下，在其基礎上將孔開為280mm×165mm，用于安裝轉速測控裝置。

2.2.2裝置輸入

齒盤信號：在水輪機室大軸齒盤處裝兩個光電探頭，采集兩路齒盤信號。PT信號：采集一路PT信號（原轉速監控裝置有一路PT信號）。電源：在機旁直流分盤處取一路DC220V電源（考慮原有裝置取直流分盤一段，故新裝置取二段輸出）至制動柜QF5空開處，經QF5接入裝置，示意圖如下：

2.2.3裝置輸出

1路掉電報警、1路傳感器故障報警及148%Ne（電氣過速）接點送至LCUA1柜；1路模擬量信號送至LCUA2；115%Ne接點送LCUA2柜；其中115%Ne、148%Ne兩組接點分別與原有裝置接點并聯后，用于監控流程，示意圖如下：

由于裝置本身的可靠性，輸出接點勿動的可能性很低，但由于測速方式為PT測速的局限性，存在拒動的可能性。兩套裝置并聯使用，而新加裝置采用的齒盤測速和原裝置的網頻測速的補充和協調，有效解決了兩種測速方式的不足，做到了協作和互補。

2.2.4裝置設定

新裝置在功能上專作齒盤信號測速用，故裝置投票優先權上需設置為“H1、H2優先”，而拐點95%Ne（選擇齒盤為準或PT為準）設為“禁止”。

2.2.5對裝置進行校驗，檢查接點動作情況。

3.結語

加裝一套轉速測控器作齒盤信號測速專用，滿足了電廠機組應有兩套不同原理的轉速測控系統裝置，解決了原來機組轉速大于95%Ne后以PT信號殘壓測頻為準所存在的隱患。齒盤測速系統在某水電廠安裝使用以來，改善了運行機組的穩定性。

自此，水電廠配置了雙測控裝置，雙測速方式，由于SPCT1/3-6型轉速測控裝置本身的可靠性，在正常情況下，極大的滿足大中型水電機組的控制，為水電廠安全穩定運行提供了可靠的轉速依據，避免了并網過程中出現飛逸的情況發生，提高了電站運行的安全性、經濟性、可靠性。

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