淺談鏡泊湖發(fā)電廠水輪機調速器的發(fā)展與應用

趙　罡

（牡丹江水力發(fā)電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

淺談鏡泊湖發(fā)電廠水輪機調速器的發(fā)展與應用

趙罡

（牡丹江水力發(fā)電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

摘要：隨著時代的飛速發(fā)展，水輪機調速器早已邁入數(shù)字化信息時代，作為日偽時期投產的電站—鏡泊湖發(fā)電廠水輪機調速器的技術性能遠遠不能滿足電力系統(tǒng)及自身的安全穩(wěn)定運行，設備迫切需要更新?lián)Q代。本文闡述了鏡泊湖發(fā)電廠調速器經(jīng)過多年數(shù)次全面技術改造，詳細了解設備改造后的運行情況進行比較分析。

鏡泊湖發(fā)電廠；機械液壓調速器；電氣液壓調速器；微機調速器；步進電機PLC型調速器

調速器是電力系統(tǒng)反應發(fā)電機的轉速與給定額定轉速偏差并根據(jù)這一偏差相應地調節(jié)原動機輸入動力大小的設備，是有效地調節(jié)控制發(fā)電機的輸出出力、維持發(fā)電機的給定額定轉速、保證輸出頻率一致的重要設備。

回顧國內水輪機調速器的發(fā)展史，從20世紀60年代設計研制的機械液壓型調速器；70年代研制開發(fā)晶體管電液調速器，并從分離元件發(fā)展到集成電路電液調速器，80年代研制開發(fā)微機調速器這3個歷史發(fā)展階段。目前微機調速器以其結構簡單、操作方便、可靠性高等特點以全面取代其他類型調速器。90年代，隨著可編程邏輯控制器（PLC）、可編程計算機控制器（PCC）技術的不斷完善，相繼開發(fā)出不同品牌的PLC、PCC型微機調速器，其水輪機調節(jié)系統(tǒng)靈敏度高，轉速死區(qū)小，穩(wěn)定性好，速動性能優(yōu)良等特點成為水電站廣泛應用的主導產品。

1.鏡泊湖發(fā)電廠及其調速器的概況

鏡泊湖發(fā)電廠位于黑龍江省寧安縣境內，現(xiàn)有新發(fā)電廠和老發(fā)電廠兩個發(fā)電站，（以下簡稱新廠、老廠），老廠始建于1937年日偽時期，總裝機容量3.6萬kW。鏡泊湖發(fā)電廠新廠興建于1968年11月，總裝機容量6萬kW。鏡泊湖發(fā)電廠水力樞紐，主要以發(fā)電為主，兼顧牡丹江中下游工農業(yè)生產、生活用水，水產養(yǎng)殖，水上運輸及防洪調節(jié)等多種經(jīng)濟效益。

作為黑龍江地區(qū)最早建成的水電站—鏡泊湖發(fā)電廠，電站設備運行周期早已超過年限，6臺水輪機調速器在系統(tǒng)中已經(jīng)不能很好地滿足調節(jié)性能的要求。為此，鏡廠不斷對調速器進行升級改造與更新?lián)Q代，使調速器運行效果明顯提高，滿足電廠機組安全穩(wěn)定運行。

2.機械液壓調速器

鏡泊湖發(fā)電廠老廠自建廠以來，1、 2號機組均安裝天津水電控制設備廠生產的T-100A機械液壓調速器。經(jīng)過近40年運行發(fā)現(xiàn)該液壓調速器暴露出許多問題：

（1）信號源引起的故障：老廠采用與發(fā)電機同軸的永磁機作調速器頻率信號源。由于機組長期運行產生振動，會使永磁機電壓、頻率周期性變化，加大飛擺裝置的自動調節(jié)，使調速器發(fā)生反復抽動現(xiàn)象。

（2）自動調節(jié)與控制機構引起的故障：電氣裝置動作原理結構復雜，離心飛擺部件故障頻發(fā)，測頻精度差，機械部件配合間隙逐漸增大并存在著死行程，反饋靈敏度滯后的現(xiàn)象，引起控制機構動作遲緩，造成整臺調速器調節(jié)性能變壞。

（3）對水輪機調節(jié)系統(tǒng)引發(fā)的不良影響：空載時頻率波動大，穩(wěn)定性差；機組頻率不能自動跟蹤電網(wǎng)頻率，機組同期并網(wǎng)沖擊電流大，難于及時準確并網(wǎng)。

3.電液調速器

70年代初，隨著國內首臺晶體管電液調速器的誕生并衍生發(fā)展到集成電路電液調速器。1984年，將鏡廠6臺水輪機調速器依次進行升級改造，采用天傳所自行研制的BDT-100型電液調速器。該設備電氣裝置采用了半導體元件，壽命長、反應迅速、工作可靠無需預熱；電氣裝置結構為抽屜式，便于檢查和更換；采用中間接力器并從其引出反饋系統(tǒng)，提高了反饋系統(tǒng)的速動性。

改造后，經(jīng)階段運行仍存在許多問題：

（1）結構設計不合理：電氣柜結構為抽屜式，若設備發(fā)生故障，通常將所有抽屜拉開，拆下電路板用儀器儀表逐一排查。

（2）設備運行不穩(wěn)定：機械柜內液壓控制機構原理結構復雜，油管路分布較多，引導閥與主配壓閥因油質問題出現(xiàn)發(fā)卡現(xiàn)象，影響調速器的運行。

（3）工藝質量差：電氣柜內部晶體管電路板均由電子元件組成，在通/斷電或電氣柜長期工作時，會產生突變沖擊電流引起電子元件損壞，影響電氣柜正常運行。

4.微機調速器

1990年～1993年，經(jīng)實地考察論證，將鏡新、老廠1-4機組更換為天傳所研發(fā)的TDSWT-100型雙微機調速器。該設備以Z-80微型計算機作為主機，其由兩套微機構成，采用模塊化軟件、結構式硬件，通過PIO實現(xiàn)雙機間快速數(shù)據(jù)通信，雙機互為主備用，當工作機故障時，備用機自動轉為工作機。

1995年，將鏡新廠5、6號機調速器更換為TDWT2型微機調速器。該設備是以日本三菱公司的高可靠性FX2可編程控制器為核心的PID調節(jié)器和以電液隨動系統(tǒng)為執(zhí)行機構的水輪機調速設備。該設備軟件模塊化，具有自診斷、放錯、容錯、糾錯等功能。

更換后微機調速器經(jīng)長期運行，一些問題也逐漸浮出水面，暴露無疑：

（1）測頻方式：該調速器通過外加測頻單元，采用單片機智能化測頻，該方式易受外界信號干擾，會降低調速器整體可靠性。

（2）機/電轉換部件：采用電液轉換器來實現(xiàn)機/電轉換的，作為調速器的關鍵部件，一旦環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將會造成電液轉換器發(fā)卡、拒動等現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）運行不穩(wěn)定：雙微機調速器電氣調節(jié)裝置的集成電路元件較多，易受電磁干擾引起單片機與調速器發(fā)生死機，影響調速器運行。

5.步進電機PLC型調速器

2000～2005年，將鏡廠6臺機組依次更換為天傳所最新研制的TDBWT系列步進電機PLC型調速器，主要由微機調節(jié)器控制柜與機械操作柜兩部分組成。

TDBWT系列步進電機PLC型調速器采用適應式變結構、變參數(shù)并聯(lián)PID調節(jié)模式；用步進電機-凸輪直控主配壓閥的傳動裝置代替電液轉換器構成的新型電液隨動系統(tǒng)具有抗油污能力強、速動性好、耐磨損、免維護等特點；調速器的機組頻率測量由PLC本機完成，作為核心的微機調節(jié)器組成的調速系統(tǒng)抗干擾能力強、響應快、準確度高，具有優(yōu)良的靜、動態(tài)品質。

作為技術先進的成熟產品，它的高可靠性和良好的技術性能得到了認可，彌補了上述調速器存在的問題。其系統(tǒng)原理結構圖如圖1所示。

圖1　

結語

本文主要論述了鏡廠調速器的發(fā)展過程與應用現(xiàn)狀，通過不斷地改進與更新?lián)Q代，大大地提高了調速器調節(jié)性能，為機組安全發(fā)電提供了保障，滿足了水電廠實現(xiàn)無人值班（少人值守）的技術標準，為電廠實現(xiàn)智能一體化的“一流水電廠”創(chuàng)造了有利的條件。

[1]沈祖詒.水輪機調節(jié)[M].北京：水利水電出版社，1988：1-6.

[2]蔡維由.水輪機調速器[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，2000：1-6.

[3]魏守平.水輪機調速器的PLC測頻方法[J].水電能源科學，2000，18（4）：31-33.

[4]蔡維由.基于可編程序控制器的水輪機微機調速器[J].武漢水利電力大學學報，1995：28（1）：66-72.

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