二選一容錯控制技術在抽水蓄能機組導葉開度反饋中的應用

2017-04-06 19:02:20符彥青

水電與抽水蓄能 2017年5期

關鍵詞：故障

陳偉，符彥青

（海南蓄能發電有限公司，海南省瓊中縣 572926）

二選一容錯控制技術在抽水蓄能機組導葉開度反饋中的應用

陳偉，符彥青

（海南蓄能發電有限公司，海南省瓊中縣 572926）

導葉開度反饋值是調速器PID閉環控制單元的關鍵輸入參數之一。導葉開度反饋容錯處理技術對于調速器系統至關重要。結合惠州抽水蓄能電站調速系統實際，本文介紹了一種優化的導葉開度反饋容錯技術，即二選一容錯控制技術。該容錯技術能實時精準識別開度反饋傳感器主要故障，并自動切換至備用傳感器選值。模擬測試和運行記錄表明該改進技術能有效提高調速器導葉開度反饋容錯能力。

二選一；調速器；容錯技術

0 引言

調速系統是水電站機組的核心控制設備之一，其主要功能是調節機組的有功功率、保證水輪機機組的頻率穩定以及維持電力系統負荷平衡。水輪機調速器是由微機控制單元、液壓機構和調節對象組成的PID控制系統。

導葉是PID閉環系統的主要調節對象，而導葉開度反饋值是該閉環系統的重要參數之一。

在每個導葉接力器上都安裝2個導葉開度反饋傳感器，用于滿足機組導葉開度測量的冗余性。導葉開度反饋容錯邏輯是保證開度值是否準確可靠的關鍵技術之一。

結合惠州抽水蓄能電站調速器實際，本文分析了原容錯邏輯的缺陷，并介紹了一種優化的導葉開度反饋容錯技術。新的二選一容錯控制技術，滿足了容錯判定的實時性和準確性。

1 調速器導葉原開度反饋容錯邏輯介紹

惠州抽水蓄能電站，共安裝8臺30萬kW可逆式抽水蓄能發電機組。調速器采用NEYPRIC公司供貨的數字式電液調速器。

UPC是調速器的核心單元，用于給定相應的導葉接力器的設定值。SPC為接力器控制器，用于接受UPC發出的接力器設定值，通過控制導葉接力器的動作來達到調整導葉開度的目的。導葉開度反饋值是SPC的主要反饋量。

惠州抽水蓄能電站機組為單導葉控制，每臺機組有20個導葉。在各導葉上均安裝有兩個開度反饋傳感器，一個為主用傳感器，另一個為備用。主備用傳感器容錯邏輯：當主用傳感器信號丟失時（即主用傳感器工作電流在4～20mA區間之外），SPC才從備用傳感器獲取反饋值。

上述容錯邏輯忽視了多種可能發生的傳感器故障，例如傳感器反饋值跳變等現象，存在嚴重技術缺陷。惠州抽水蓄能電站曾多次發生導葉開度傳感器反饋值跳變，由于主用傳感器故障時工作電流仍在工作電流區間，SPC未能及時從備用傳感器獲取反饋值，最終調速器設定值與反饋值不一致，觸發機組故障停機。

2 調速器導葉新開度反饋容錯邏輯介紹

導葉開度反饋值容錯控制，指無論機組在何種工況下運行，當開度反饋信號出現故障時，調速器均應能繼續自動調節和工況轉換控制，繼續維持機組安全運行。

容錯的目的是能容忍單個傳感器故障而導致的故障信號的存在，使故障信號不會或盡可能少地危及調速系統運行。二選一容錯技術是指當調速器導葉主用傳感器發生各種故障時，導葉開度測控裝置SPC主動精準快速識別故障，并無擾切換至備用傳感器選值。當主用傳感器故障復歸后，SPC應自動切回至主用傳感器選值。上述的二選一容錯技術，對傳感器故障判斷的準確性和實時性有嚴格要求。

2.1 主動識別故障

主動識別是指機組運行中導葉開度測控單元SPC智能分析主用傳感器測量數據，精準快速識別傳感器各類故障。根據惠州抽水蓄能電站機組四年來運行記錄，導葉開度反饋傳感器故障狀態分以下三種：

2.1.1 傳感器信號丟失（Signal lost）

當導葉開度反饋傳感器出現斷線故障時，輸出信號丟失。通常表現為工作電流為0，即低于最小工作電流4mA。

2.1.2 傳感器反饋值過快變化（too fast detection）

電液轉換器通過閥芯移動控制接力器，開啟腔和關閉腔的油壓是由專用油壓裝置產生，壓力平穩。調整同等區間開度時，電液轉換器調整導葉開度的時間是一致的。例如從90%開度調整到50%與從70%調整到30%，調整區間都是40%，調整時間是一致的。導葉開啟或關閉過程中接力器位移速率穩定，即導葉調整時開度值變化斜率是一個固定值。

若監測到機組運行時導葉開度反饋值過快變化，即偏離導葉實際物理位移變化速率過大，則可判定導葉開度反饋傳感器出現故障。

2.1.3 傳感器反饋值過慢變化（too slow detection）

若導葉開度調整過程中，導葉開度反饋值過慢變化或停滯，可判定導葉開度反饋傳感器出現故障。

圖1是導葉開度反饋故障識別邏輯框圖。當識別到主用傳感器（Main sensor）信號丟失（signal lost）、過快跳變（too fast derivation）、過慢變化或停滯（too slow derivation）時，報警變量SE1_MES為1。備用傳感器（Standby sensor）故障識別邏輯與主用傳感器完全一致。

當主用傳感器和備用傳感器同時發生故障，即報警信號SE_MES出現時，機組將立即故障停機。

2.2 無擾切換

當識別到主用傳感器發生上述任一故障情況后，導葉接力器控制器SPC無擾切換至備用傳感器選值，避免出現導葉調整的振蕩。主備用傳感器切換邏輯如圖2所示。

2.3 自動恢復

當故障傳感器被人工修復并手動復位報警后，測量裝置SPC自動切回至正常傳感器選值。

3 二選一容錯邏輯測試

T-SOFT是NEYPRIC調速器配套的調試平臺。該平臺能夠調整調速器PID控制參數、查看調速器報警信息、選取參數進行錄波。該平臺具備多通道參數錄波功能，是測試二選一容錯邏輯的理想環境。

測試時隨機抽取一個導葉，把電流發生器接入導葉對應的SPC輸入端，以便模擬主用或備用傳感器工作電流。工作電流由可設定函數的電流發生器產生。電流發生器能夠準確模擬出開度傳感器反饋值丟失、過快或過慢變化等情況。因此，靜態測試平臺能夠驗證傳感器測量故障發生故障識別、無擾切換和自動恢復等容錯邏輯是否準確。測試平臺錄波參數見表1。

SE_POS是SPC的開度反饋值，從主用傳感器SE1_SCA和SE2_SCA中選值，默認選擇SE1_SCA。

測試平臺錄波參數見表1。