微機調速器轉速測控功能的開發與應用

林 峰

(廣東粵電青溪發電有限責任公司，廣東 梅州 514200)

微機調速器轉速測控功能的開發與應用

林 峰

(廣東粵電青溪發電有限責任公司，廣東 梅州 514200)

介紹了調速系統轉速測控信號源的選擇與解決思路，并探討了調速器轉速測控功能的具體實現策略，以期對水電廠實現不同原理的獨立測速控制起到一定的借鑒作用。

調速器；轉速測控；應用

0 引言

運行的發電機組必須有兩套不同原理的獨立測速控制裝置，防止由于單一測速裝置不可靠引起機組過速，造成主設備損壞。青溪電廠的機組測速控制采用南瑞公司的SJ-22C測速裝置，該裝置具備機械脈沖測速及電氣殘壓測速功能，但由于兩種功能均在同套測速裝置(SJ-22C)內，不符合兩套獨立測速控制裝置的要求。若將機械脈沖及電氣殘壓測速信號分開，分別接入兩套測速裝置中，也能實現測速要求，但由于前期設計原因，現場沒有較好的裝置安裝位置。通過調研分析，在機組調速器上進行轉速測控功能的開發，將信號引入監控系統，也是一種較為可行的方法，具有較高可靠性，且可減少設備投資，對水電廠實現不同原理的獨立測速控制有一定借鑒意義。

1 調速系統轉速測控信號源的選擇與解決思路

目前，國內水輪發電機組微機調速器采用兩種方式實現機組測頻：一種是取發電機機端電壓互感器(PT)信號實現殘壓測頻；另一種為采用接近開關和齒盤檢測機組頻率，其頻率信號源是通過一對電磁感應式接近開關取自安裝在機組大軸上的齒盤裝置，將信號接入調速系統，即可實現機械齒盤測頻。這兩種方式測得的頻率信號同時輸入調節器，調節器就能按預定的程序進行實時控制。

1.1 電氣殘壓測頻

該方式通過對機組PT采樣再經過PLC運算來實現，具有較高的測量精度(已達到0.2級)及可靠性，也是目前調速系統運用較為普遍的一種測頻方式，可滿足調速器的測頻要求。

1.2 機械齒盤測頻

齒盤速度信號不受發電機殘壓限制，也不受非周期雜波干擾，比PT信號具有更高的可靠性。另外，齒盤測速裝置還具有可靠的零轉速(蠕動)檢測功能。

目前，數字式齒盤測頻方式在測頻精度要求不高的場合中已得到大量應用，由齒盤、傳感器、控制電纜等組成測速回路(圖1)。但其在國內水輪機組微機調速器領域還較少采用，原因是調速器對頻率測量的精度要求高，而數字式齒盤測頻方式會受齒盤因加工工藝造成的齒距不均勻、傳感器靈敏性偏差以及機組主軸擺動帶來的齒盤中心相對測速探頭發生偏移等問題干擾，影響測頻精度。

圖1 齒盤測速原理

解決方法如下：(1) 提高齒盤的工藝水平，控制好其圓度及齒距；(2) 主軸振動使齒盤中心相對測速探頭發生偏移，這種相對運動會產生低頻振蕩，這就要求在安裝齒盤和測速探頭時使齒盤中心與機組軸線在同一軸上，即同心度越小越好，消除主軸擺動對脈沖信號接收的影響；(3) 使用專用屏蔽電纜，并盡可能減小偏差以提高精度；(4) 使用低通波濾器消除齒盤測速干擾信號。

2 調速器轉速測控功能的具體實現

青溪電廠使用的水輪機調速器為武漢三聯水電控制設備公司W(S)T系列可編程(PLC)調速器，經與調速器廠家溝通，通過外部信號的引入及內部編程控制策略的設置，可實現電氣、機械測頻功能，將輸出測點穩定、可靠地接入計算機監控系統，機組轉速小于95%Ne階段取用機械速度信號，機組轉速大于95%Ne后取用機端PT速度信號，與另一套測速裝置(SJ-22C)組合使用，實現兩套完全不同原理及控制策略的測頻方式，保證機組的安全運行。

2.1 硬件配置

信號冗余、電源冗余設計，多路信號同時輸入和交/直流電源同時供電，具有較高可靠性。如果在老調速器系統上實施，由于原調速器的PLC控制輸出備用點較少，增加一塊PLC輸出模塊及配套的一塊通訊模塊及通訊電纜，根據需要增加相應數量的控制繼電器即可。如進行新設備改造，可提出控制要求，由廠家完成出廠配置。傳感器的類型可靈活選擇，頻率分辨率可達到0.01 Hz。通常情況下，選擇采集兩路齒盤傳感器信號和一路發電機PT信號。

2.2 軟件配置

(1) 在調速器原程序上增加測速控制輸出程序。該部分包含頻率測量公用子程序、網頻故障監視器、機頻空載監視器、機頻停機備用監視器等程序，由廠家編寫、固化于控制流程中。

(2) 在調速器觸摸屏面板上增加測速控制輸出功能的設置畫面，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。通過圖形菜單(操作按鈕)現場設定繼電器輸出、動作點及報警方式。

(3) 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。當傳感器發生故障時，系統可自動否決故障通道。采用這種機制可有效抑制突發性干擾，并剔除故障信號，大大提高監控儀的容錯能力，從而提高系統的可靠性。

(4) 機組在蠕動情況下仍能正常檢測并給出信號。

(5) 在計算機監控系統上編寫控制邏輯流程，按需選擇測點進行組合控制。

2.3 輸出測點設置及輸出策略

機組轉速測點的選用應符合水輪機的控制需要，作為機組啟、停流程判斷的輸入條件，達到安全控制的目的(表1)。

表1 轉速測點定義表

注：F模式表示電氣殘壓測速，P模式表示機械脈沖測速。

2.4 繼電器輸出策略

(1) 全部輸出接點選用常開接點，滿足條件時，動作輸出。(2) 當調速器掉電時全部接點不輸出。(3) 當調速器上電時，全部接點延時5 s后，根據判斷條件，輸出相應接點。(4) 調速器觸摸屏頻率測控頁面設置軟復位按鈕，復位5 s后，根據判斷條件，輸出相應接點。(5) 由50 Hz突然失頻時，各繼電器應保持失頻前的狀態。

2.5 測頻回路流程圖

在調速器中根據檢測到的頻率信號編寫控制流程，實現轉速精準輸出，如圖2所示。

2.6 兩套測頻控制系統的輸出應用

將SJ-22C測速裝置與調速器測速裝置所有測點引入計算機監控系統，根據控制策略，在監控系統編寫控制邏輯流程，從而實現雙測頻控制系統的應用。

3 結語

在機組微機調速器上開發電氣殘壓與機械齒盤雙重測速功能，并與常規測速裝置(SJ-22C)同時將信號引入計算機監控系統，滿足了電廠機組應有兩套不同原理的轉速測控系統的要求，實現雙測速方式，適用于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，避免了由于設備不可靠引起的機組飛逸的情況發生，提高了電站運行的安全性、經濟性、可靠性。

圖2 測頻回路流程圖

[1]葉建和.基于PLC的水輪發電機組轉速測量的研究[J].水電廠自動化，2004(1)

[2]蔡維由.中小型水輪機調速器的原理調試與故障分析處理[M].中國電力出版社，2006

2014-06-20

林峰(1976—)，男，廣東澄海人，電氣工程師，從事水電廠生產技術管理工作。