數(shù)字閥PCC智能調速器在桃林口水電站的應用

桃林口水電站水輪機調速器隨著運行年限的增加，存在電液轉換器卡阻，負荷變化時反應遲鈍，并網(wǎng)過程時間太長等缺陷，不能滿足安全生產(chǎn)要求，因此對調速器進行了改造。本文主要對改造后的調速器結構特點和技術功能進行闡述。

桃林口水電站位于河北省青龍縣境內的青龍河上，是河北省桃林口水庫的配套工程。裝機容量2×10MW，本著“供水結合發(fā)電”的原則，發(fā)電主要集中在汛期，機組起停頻繁，對調速器功能要求較高。隨著調速器技術的不斷進步，目前調速器技術已經(jīng)發(fā)展到很高水平。根據(jù)電站調速器多年運行情況，電站領導決心對調速器進行改造更新，經(jīng)過大約一年時間，2臺調速器改造順利完成。

改造過程和調速器結構特點

電站原有2臺YWT-7500A/調速器在運行中存在較大調節(jié)誤差，在運行中多次出現(xiàn)調節(jié)失靈和溜負荷現(xiàn)象，不能保證機組安穩(wěn)運行。另外調速器各元件老化，其調節(jié)控制部分杠桿、活塞、襯套等部件磨損嚴重，導致調節(jié)死區(qū)范圍變寬，出現(xiàn)漏油量增大現(xiàn)象；2臺調速器均有較嚴重的跑油滴漏現(xiàn)象，油泵啟動頻繁，大量消耗電能。為了保證機組安穩(wěn)運行，對原有調速器改造勢在必行。

2008年初站領導和技術人員對調速器原有系統(tǒng)進行了認真分析，鑒于原廠的壓油罐，油壓裝置、回油箱等液壓組件工作狀況基本良好。本著“經(jīng)濟節(jié)約”原則，認為只需對調速器機械液壓部分和電氣部分進行改造。采用數(shù)字閥替代傳統(tǒng)的電液轉換器和主配壓閥，油壓裝置部分保持不變。

調速器采用了機電合柜的結構形式。電氣部分位于柜體上部，機械部分位于柜體下半部分，整個柜體位于回油箱上，和油壓裝置構成一體。

電氣機械轉換方面，采用數(shù)字閥替代傳統(tǒng)的電液轉換器和主配壓閥，降低了對油質的要求，從根本上避免了電液轉換器發(fā)卡的弊病。由于數(shù)字閥技術是采用高速電磁閥直接操作噴針接力器，且采用液壓鎖密封，所以該型調速器去掉了機械反饋，也就是去掉了接力器的反饋杠桿，從結構上減化了整個調速系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)的高速電磁閥又具有手動閥及事故閥的功能，減化了調速器內部結構，因此該型調速器實現(xiàn)了真正意義上的無杠桿，無管路，可靠性極高，性能優(yōu)良，是水電站提高自動化程度的理想產(chǎn)品。

PCC可編程計算機控制器作為調節(jié)控制核心，它集成了可編程邏輯控制器(PLC)的標準控制功能和工業(yè)計算機的分時多任務操作系統(tǒng)功能。它能方便地處理開關量，模擬量，進行回路調節(jié)。并能用高級語言編程，具備大型機的分析運算能力。其硬件具有獨特新穎的插拔式模塊結構，可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴展和組合。軟件也具備模塊結構，系統(tǒng)擴展時只需在原有基礎上疊加運用軟件模塊。CPU運行效率高，用戶存儲器容量大。這些優(yōu)越性都為智能式水輪機調速器提供了強有力的資源保證。

調速器主要特點如下：

（1）全新的控制理念。采用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程計算機控制器--PCC，面向控制過程，能采用高級語言，分析運算能力強，在同一CPU中能同時運行不同程序。程序運行時僅掃描部分程序，效率很高，而常規(guī)PLC掃描所有程序,浪費CPU時間。

（2）全PCC化，具有極高的可靠性。從輸入到輸出,從測頻到控制脈沖等各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了PCC化。PCC的平均無故障時間MTBF高達50萬小時，從而使得調速器整機具有極高的可靠性。常規(guī)PLC的平均無故障時間MTBF為30萬小時。

（3）多任務的優(yōu)點。在傳統(tǒng)PLC中，并行處理是靠程序掃描來完成的。但事實上多任務才是并行處理的邏輯表達式，更簡單直接的方法就是采用多任務技術。PCC恰恰可以滿足這種需求，當某一任務在等待時，其他任務仍可繼續(xù)執(zhí)行，非其他常規(guī)PLC可以比擬。

（4） 智能型調速器。適應式變結構，變參數(shù)并聯(lián)PID調節(jié)。具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能。

（5）采用PCC高速計數(shù)模塊(HSC)測頻。PCC高達4MHz的計數(shù)頻率，具有很高的測頻精度和可靠性，從而使調速器的輸入通道－測頻環(huán)節(jié)的可靠性有了根本的保證。而常規(guī)PLC的計數(shù)頻率僅為50KHZ，由此可見，PCC的測頻精度比常規(guī)PLC的測頻精度高100倍。

（6）由PCC實現(xiàn)信號綜合及控制脈沖的輸出。調節(jié)器的電氣開度（數(shù)字信號），和轉換為數(shù)字信號的接力器實際位移由PCC內部進行綜合比較，輸出方向信號和控制脈沖信號，經(jīng)功率放大后，直接驅動步進電機。充分發(fā)揮了PCC多任務的功 能。

（7）聯(lián)網(wǎng)方便。具有RS232或RS485通訊接口，可以方便地實現(xiàn)人機對話，并與上位機通訊，提高電站的自動化水平。

（8）調節(jié)模式靈活。可實現(xiàn)頻率調節(jié)，開度調節(jié)，功率調節(jié)，并可實現(xiàn)調節(jié)模式間的無擾動切換。

（9）PCC的大內存，為智能型調速器提供了資源保證。用戶內存：100KB SRAM，系統(tǒng)內存：512KB EEPROM，用戶內存：512KB EEPROM，遠大于常規(guī)PLC 10KB左右的內存。由此可見，PCC的內存為常規(guī) PLC內存的一百余倍。

（10）采用數(shù)字閥做為電液轉換元件。徹底解決了常規(guī)電液轉換器油污發(fā)卡的問題，使電站可以實現(xiàn)完全可靠的自動運行。

（11）可以適應電站的各種特殊運行方式。如孤網(wǎng)運行，由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩(wěn)定運行。

（12）具有故障鎖錠的功能。由于數(shù)字閥只有通/斷兩個狀態(tài)，采用錐閥密封可以保證在31.5MPa下無泄漏，由于采用液壓鎖密封，因此該系列調速器在測頻信號消失及斷電等情況下，具有故障鎖錠的功能。

（13）無杠桿結構。該系列調速器采用了數(shù)字閥液壓隨動系統(tǒng)，手動無需反饋，因此取消了杠桿，消除了因為杠桿造成的死區(qū)，提高了調速系統(tǒng)的精度，而且無管路，結構簡單，美觀。

（14）友好的人機界面。采用觸摸屏做為人機界面，畫面美觀逼真，全中文顯示，操作方便，可以同時顯示很多信息。

（15）維護簡單調試方便。由于PCC的高度集成化和高可靠性，對于運行維護人員沒有太高的特殊要求，調試只需設定有關數(shù)字，沒有太多的電位器等可調元件。

調速器主要功能及改造效果

桃林口水電站調速器改造完成后，經(jīng)過近4年的運行實踐，證明其性能穩(wěn)定、運行可靠 。由于該調速器密封性能及系統(tǒng)工作效率的改善 ，使油泵啟動間隔延長，具備顯著的節(jié)能 、環(huán)保 、增壽的效果。該調速器整體結構簡單 、操作簡便、維護工作量很小 ，是已建電站改造或新建電站的理想選擇之一 。隨著機組勵磁 、保護及監(jiān)控等設備改造的進一步實施 ，桃林口水電站自動化水平目前得到了大幅提升，為實現(xiàn)無人值班( 少人值守 ) 運行創(chuàng)造了有利條件，充分保證了電站機組安穩(wěn)運行。