淺談鏡泊湖發電廠水輪機調速器的發展與應用

趙　罡

（牡丹江水力發電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

淺談鏡泊湖發電廠水輪機調速器的發展與應用

趙罡

（牡丹江水力發電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

摘要：隨著時代的飛速發展，水輪機調速器早已邁入數字化信息時代，作為日偽時期投產的電站—鏡泊湖發電廠水輪機調速器的技術性能遠遠不能滿足電力系統及自身的安全穩定運行，設備迫切需要更新換代。本文闡述了鏡泊湖發電廠調速器經過多年數次全面技術改造，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

調速器是電力系統反應發電機的轉速與給定額定轉速偏差并根據這一偏差相應地調節原動機輸入動力大小的設備，是有效地調節控制發電機的輸出出力、維持發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年代研制開發晶體管電液調速器，并從分離元件發展到集成電路電液調速器，80年代研制開發微機調速器這3個歷史發展階段。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，相繼開發出不同品牌的PLC、PCC型微機調速器，其水輪機調節系統靈敏度高，轉速死區小，穩定性好，速動性能優良等特點成為水電站廣泛應用的主導產品。

1.鏡泊湖發電廠及其調速器的概況

鏡泊湖發電廠位于黑龍江省寧安縣境內，現有新發電廠和老發電廠兩個發電站，（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。鏡泊湖發電廠新廠興建于1968年11月，總裝機容量6萬kW。鏡泊湖發電廠水力樞紐，主要以發電為主，兼顧牡丹江中下游工農業生產、生活用水，水產養殖，水上運輸及防洪調節等多種經濟效益。

作為黑龍江地區最早建成的水電站—鏡泊湖發電廠，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中已經不能很好地滿足調節性能的要求。為此，鏡廠不斷對調速器進行升級改造與更新換代，使調速器運行效果明顯提高，滿足電廠機組安全穩定運行。

2.機械液壓調速器

鏡泊湖發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。經過近40年運行發現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，使調速器發生反復抽動現象。

（2）自動調節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，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象，引起控制機構動作遲緩，造成整臺調速器調節性能變壞。

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

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，提高了反饋系統的速動性。

改造后，經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發卡現象，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，經實地考察論證，將鏡新、老廠1-4機組更換為天傳所研發的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實現雙機間快速數據通信，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調節器和以電液隨動系統為執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機/電轉換的，作為調速器的關鍵部件，一旦環節出現問題，將會造成電液轉換器發卡、拒動等現象的發生。

（3）運行不穩定：雙微機調速器電氣調節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、變參數并聯PID調節模式；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器組成的調速系統抗干擾能力強、響應快、準確度高，具有優良的靜、動態品質。

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展過程與應用現狀，通過不斷地改進與更新換代，大大地提高了調速器調節性能，為機組安全發電提供了保障，滿足了水電廠實現無人值班（少人值守）的技術標準，為電廠實現智能一體化的“一流水電廠”創造了有利的條件。

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