淺論棉花灘水電廠調(diào)速器電氣部分改造

【摘 要】調(diào)速器是電廠的主要設備，調(diào)速器設備的安全穩(wěn)定運行將直接影響電廠的安全生產(chǎn)，隨著社會工業(yè)及電力系統(tǒng)的發(fā)展，對電廠現(xiàn)場調(diào)速器運行的安全性、穩(wěn)定性各項指標的要求也越來越高。當系統(tǒng)頻率波動時，現(xiàn)場調(diào)速器應有可靠的頻率補償投入功能，確保電網(wǎng)對頻率質(zhì)量的要求，當電網(wǎng)頻率波動較大時，調(diào)速器應能實現(xiàn)通過遠程控制切回“負荷控制”方式，從而保證機組有功的正常調(diào)整，當系統(tǒng)事故時，應能快速啟動或停止機組，而電廠的機組被做為電網(wǎng)系統(tǒng)的第一調(diào)頻廠時，應確保機組在投入AGC的情況下，快速穩(wěn)定的自動調(diào)節(jié)負荷。在電力系統(tǒng)現(xiàn)代化建設進程中，調(diào)速器的設計原則應為技術先進，安全可靠，操作維護方便，能滿足電廠“無人值班，少人值守”的要求。

【關鍵詞】調(diào)速器；性能指標；安全穩(wěn)定

1.項目概要說明

1.1提出理由

棉花灘電廠機組調(diào)速器系統(tǒng)2001年4月投產(chǎn)，原為德國產(chǎn)，型號PLC模件和面板部分元件已停止生產(chǎn)，并且PLC運行年限為10年，有必要年限到后對調(diào)速器電氣控制部分PLC及部分元件進行改造更換。

1.2擬實現(xiàn)目標

（1）以WT型可編程微機調(diào)節(jié)器（電氣部分）改掉原調(diào)速器電氣控制柜。該電氣柜除了滿足國標要求外，還包含了原調(diào)速器電氣部分所有控制功能。可編程控制器選用法國施耐德公司生產(chǎn)的高性能32位ModiconM340系列 PLC。

（2）改后的電氣柜中保留原振擺檢測裝置、電液轉(zhuǎn)換器的放大器和模擬量隔離模塊。

（3）改后電氣柜中的端子安裝位置和排列順序保持與原調(diào)速器一致，方便現(xiàn)場安裝。

（4）增加機組殘壓測頻，實現(xiàn)機組頻率測量的冗余；增加系統(tǒng)頻率測量，實現(xiàn)空載頻率跟蹤功能。

（5）將機組轉(zhuǎn)速繼電器獨立出來，采用與調(diào)速器相同系列的PLC，實現(xiàn)原調(diào)速器的轉(zhuǎn)速信號輸出功能。

（6）原調(diào)速器機柜和機械液壓系統(tǒng)均保持不變（含原調(diào)速器接力器反饋不變）。

（7）改造后新調(diào)速器采用標準MODBUS協(xié)議和上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行通迅。

1.3改造工作重點

本次改造應在保證調(diào)速器原有的控制及通訊功能的基礎上進行升級。調(diào)速器的所有性能指標均應滿足水電站安全、穩(wěn)定運行要求，并符合最新的中華人民共和國的相關標準。

1.3.1 改造后調(diào)速器技術參數(shù)

調(diào)速器型號：WT-80

調(diào)速器型式：并聯(lián)PID調(diào)節(jié)

測速方式：殘壓+齒盤

測頻誤差：≤0.00034%

電源：交流220V±15%，直流220V±15%

永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：bp=0～10%（調(diào)整分辨率為1%）

比例增益KP：0～20s

積分增益Ki：0.05～101/s

微分增益Kd：0～5s

頻率給定范圍：FG=45～55Hz（調(diào)整分辨率為0.01Hz）

頻率死區(qū)范圍：E=0～0.5Hz（調(diào)整分辨率為0.01Hz）

功率死區(qū)范圍：i=0～5%

開度給定調(diào)節(jié)范圍：0～100%，調(diào)整分辨率0.01%

電氣開度限制范圍：L=0～100%（調(diào)整分辨率0.01%）

功率給定范圍：P=0～120%（調(diào)整分辨率≤1%）

1.3.2 改造后調(diào)速器性能特征

（1）靜態(tài)特性曲線近似為一直線。

（2）調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)ix<0.02%。

（3）轉(zhuǎn)速不靈敏度：調(diào)速器的轉(zhuǎn)速不靈敏度不超過額定轉(zhuǎn)速的0.01%。

（4）空載工況自動運行，機組轉(zhuǎn)速擺動相對值≤±0.15%。

（5）機組甩25%負荷，接力器不動時間≤0.2S。

（6）從機組甩100%額定負荷起，到機組轉(zhuǎn)速偏差小于±1%為止的調(diào)節(jié)時間tE與從甩負荷開始至轉(zhuǎn)速升至最高轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷時間tM的比值≤8；在轉(zhuǎn)速變化過程中，超過穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速3%額定轉(zhuǎn)速值以上的波峰不超過2次。

（7）調(diào)速器綜合漂移量折算為轉(zhuǎn)速相對值不超過0.3%。

（8）電氣部分溫度漂移折算為轉(zhuǎn)速相對值不超過0.01%。

（9）調(diào)速器的電磁兼容性保證符合IEC801-4《工業(yè)過程測量和控制裝置的電磁兼容性》IV部分“電磁快速瞬變脈沖群”的要求。施加干擾時，電氣裝置的功能和動作應正確無誤，接力器不應有異常動作。

（10）柜體中各獨立帶電回路之間、電路和金屬外殼（或地）之間，在溫度為15℃—35℃及相對濕度為45%—75%之間的環(huán)境下試驗，按其工作電壓大小，能承受下列規(guī)定的耐壓試驗電壓，歷時1min的介電強度試驗，且無擊穿和閃絡現(xiàn)象。

設備額定電壓U（v） 工頻耐壓試驗（Kv）

U≤60 1.0

60

300

電氣柜中各獨立帶電回路與地之間的絕緣電阻，在溫度為15℃—35℃及相對濕度為45%—75%之間的環(huán)境下，應不小于1MΩ。

1.3.3 改造后調(diào)速器配置

（1）可編程控制器選用法國施耐德公司生產(chǎn)的高性能32位Modicon M340系列 PLC，全部為標準化模塊式結(jié)構(gòu)，所有模塊均直接安裝在標準的BUSX總線上，多任務操作，可帶電拔插，4M程序存儲器，單步指令執(zhí)行時間0.12uS。編程語言符合PLC標準IEC1131；儲存容量和輸入、輸出接口都留有相應的余量；設有3個RS485通訊接口，一個以太網(wǎng)接口，一個usb編程口。與監(jiān)控系統(tǒng)的通信既可采用RS485接口，也可采用以太網(wǎng)接口，協(xié)議采用標準的MODBUS協(xié)議。該通訊接口與輸出到機組LCU的I/O接口構(gòu)成雙重信息交換。

（2）以12.1英寸彩色液晶觸摸屏作為全中文人機交互的界面，具有界面豐富、能完成調(diào)速器的相關測試及顯示實時曲線的功能，具有功能強、易操作的特點。

（3）外圍元件如：按鍵、旋鈕、開關電源、繼電器等元件全部采用進口件，且調(diào)節(jié)器所用電子元件都進行老化篩選，以保證質(zhì)量。

1.3.4 改造后轉(zhuǎn)速繼電器配置

轉(zhuǎn)速繼電器采用與調(diào)速器相同系列的PLC，具有交流220V和直流220V雙路電源供電，既可殘壓測頻，也可齒盤測頻，輸出8路轉(zhuǎn)速信號，每路轉(zhuǎn)速值可以設定，自動記錄機組最高轉(zhuǎn)速，也可復歸此記錄。轉(zhuǎn)速繼電器通過以太網(wǎng)交換機與調(diào)速器的觸摸屏交換數(shù)據(jù)，也就是說通過調(diào)速器的觸摸屏可以顯示轉(zhuǎn)速繼電器的轉(zhuǎn)速及狀態(tài)和參數(shù)設置，轉(zhuǎn)速繼電器既有RS485通信接口，也有以太網(wǎng)接口可與監(jiān)控系統(tǒng)通信，上送監(jiān)控系統(tǒng)機組轉(zhuǎn)速和各種狀態(tài)及故障信號。

2.結(jié)束語

通過上述設備各項性能參數(shù)指標試驗正常后進行了充水后自動開停機試驗、監(jiān)控自動開停機試驗、空載擾動試驗、過速試驗、負荷擾動試驗、甩負荷試驗、事故低油壓試驗，所有試驗均正常，本次調(diào)速器電氣部份改造升級成功，各項性能均符合國標及行業(yè)標準。

主要參照標準如下：

GB/T9652.1-2007《水輪機控制系統(tǒng)技術條件》。

GB/T9652.2-2007《水輪機控制系統(tǒng)試驗》。

QMHT1015-2012《棉花灘水電廠調(diào)速系統(tǒng)運行規(guī)程》。