Alstom調速器系統在溧陽抽水蓄能電站的應用

曹 揚，吳建標

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211102)

1 水輪機調速器系統的功能及分類

調速器是抽水蓄能電站主要設備之一，其作用不僅在運行期間用來維持機組轉速恒定，保證機組的輸出功率的穩定，同時還完成機組開、停機，增、減負荷、緊急停機等指令，完成網調下達的功率指令，調節水輪機組有功功率，滿足電網二次調頻的要求[1]。水泵水輪機在發電調相、調頻外，于電網負荷低谷，用電網多余的電能進行抽水蓄能，而在電網負荷高峰，利用儲存的水能來發電，起到調峰填谷作用。

水輪機調速器是由水輪機轉速調節及相應控制機構和指示儀表等組成裝置的總稱，是水輪機控制設備的主體。水輪機調速器可按調節對象可分單調節調速器、雙調節調速器、沖擊式專用調節器。也可按調節元件的發展歷程分為機械調速器、電氣調速器、微機調速器[2]等。

2 Alstom水輪機調速器系統的主要結構

溧陽抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽市，安裝6臺單機容量25萬kW的可逆式水泵水輪發電機組，總容量150萬kW。調速器為雙冗余伺服比例閥微機調速器，由微機控制部分、機械液壓部分和測速系統等組成。

微機控制部分型號為T.SLG，由ALSTOM公司生產，采用PID調節規律。機械液壓部分分為油壓裝置、導葉接力器控制機構、導葉接力器和控制環等。測速系統包括機端PT測速、齒盤測速和機械過速保護裝置。

2.1 ALSTOM調速器的基本控制

2.1.1 頻率或機組轉速調節回路

機組并網前，機組輸出功率為0，此時機組轉速調節回路起作用，調速器調節機組轉速迅速跟蹤電網頻率，使機組盡快并網，見圖1。

圖1 一次調頻回路圖

2.1.2 ALSTOM機組功率調節回路

機組同期并網后，頻率、功率調節同時起作用。功率調節回路使機組出力盡快跟蹤功率設定值。若機組頻率偏離調速器內部設置的參考值時，頻率調整回路起作用，按照預先設定的永態轉差率bp，以有差調節方式調節機組出力，自動承擔電網的變動負荷，使系統頻率維持在規定的范圍之內，見圖2。

圖2 二次調頻回路圖

2.2 ALSTOM調速器機械液壓系統

調速器機械液壓系統由油壓系統、電液轉換器、電磁配壓閥、主配壓閥、接力器、油過濾器、開關等組成。

2.2.1 油壓系統

油壓系統為電液轉換單元和控制回路提供連續穩定的壓力源。油壓系統由回油箱、壓力油罐、壓力油泵、安全閥、冷卻回路等組成。

2.2.2 主配壓閥

溧陽抽蓄主配壓閥由ALSTOM設計，在電站調節系統中起著重要作用。對于抽水蓄能電站，將電氣信號轉化為液壓命令不能由單級電液轉換器完成。如果僅靠比例閥輸出的液壓信號來控制導葉，可能需要持續的高電能信號和容量較大的比例閥線圈，但主配壓閥很好地解決了這一問題[3]。電液轉換器將輸入電信號轉換為比例的液壓信號，即一級放大，主配壓閥液壓放大，即二級放大。

閥芯有上、中、下三個閥盤，上端部的油腔始終接通壓力油；下端部的油腔截面積大于上端部的油腔截面比例閥，當下端部的油腔接通壓力油時，活動閥芯將向上運動；當下端部油腔接通排油時，活動閥芯向下運動。當活動閥芯向上運動時，導葉開啟；當活動閥芯向下運動時，導葉關閉。X口持續接通壓力油，以保證事故情況下，閥芯向下運動，關閉導葉[4]。

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2.2.3 調速器電氣部分運行方式

(1)遠方自動控制：調速器電氣柜上控制方式開關切至“遠方自動”位置，運行方式開關切至“自動”位置。正常運行調速器控制方式為遠方自動，在此運行方式下調速器接受機組LCU發出的控制命令，實現全自動運行。現地自動控制：調速器電氣柜上控制方式式選擇開關切至“現地自動”位置，運行方式選擇開關切至“自動”位置。在機組LCU故障或其與調速器通訊丟失時使用現地自動方式，在此運行方式下調速器不接受機組LCU發出的調整命令、負荷設定值、開度限制和功率反饋參數?，F地手動控制：調速器電氣柜上控制方式選擇開關切至“現地自動”位置，運行方式選擇開關切換至“SPC手動”位置。在做靜態開關導葉試驗及調速器調試維護等情況下使用現地手動方式，在此運行方式下允許操作人員進行導葉開度調整等操作[5]。

(2)調速器油泵運行方式：油壓裝置控制柜上#1、#2油泵控制方式選擇開關在“自動”位置，油泵運行采用間斷運行方式，其中一臺工作，另一臺備用，主、備油泵根據壓力油罐壓力自動啟停。

2.3 測速系統

(1)測速系統的組成：機端PT測速、齒盤測速和機械過速保護裝置。機端PT測速信號取自機組出口PT信號；齒盤測速由安裝在水輪機大軸上的齒盤和4組脈沖轉速探測器組成，其中2組用于調速器，另外2組接入轉速信號裝置用于機組自動化控制。

(2)機頻信號取自極端PT測速和齒盤測速信號，機端PT測速信號主用，齒盤測速信號備用，當兩個信號差值超過限制時，取齒盤測速值。網頻信號取自主變低壓側PT信號，主要用于機組發電開機時，在投PID的同時采集網頻率信號，作為機組頻率參考初始值。

3 ALSTOM調速器系統空載試驗

為檢查ALSTOM調速器的質量，保證機組在突變負荷時能滿足調節保證計算的要求和所規定的動態指標，進行調速器空載試驗，從而確定最佳參數，提高機組運行的穩定性及可靠性。包括自動開機至空載試驗、調速器空載擾動試驗、空載擺動試驗、導葉控制方式手自動切換試驗、主備通道切換等試驗[6]。

3.1 自動開機至空載試驗

機組自動開機至空載時參數測試波形見圖3。

試驗結果機組自動開機至空載時導葉開啟及轉速上升過程正確。

3.2 調速器空載擾動試驗

表1 主通道空載擾動試驗計算表

調速器空載擾動結果滿足試驗及規范要求[7]。

圖3 自動開機至空載試驗波形圖

圖4 自動方式空載調速器空載擺動波形(選試驗中一次)

3.3 空載擺動試驗

在自動空載工況測定該組參數下運行3min的轉速最大擺動值，重復測定多次，試驗波形見圖4。

在空載工況自動運行時，轉速擺動相對值不超過±0.15%，見表2。在調速器主備通道互相切換時導葉開度保持不變，主備通道切換功能正常。導葉控制手自動切換時導葉開度保持不變，手自動切換功能正常。PT斷線(機組轉速丟失信號)后，調速器動作規律正確。

表2 調速器自動空載轉速擺動值測試

4 調試出現的問題及維護

4.1 ALSTOM調速器系統調試出現的問題

4.1.1 調速器油泵無法正常加載

原因分析：隔離閥控制電磁閥堵塞，導致隔離閥無法開啟，進而致使油泵出口加載電磁閥無操作油壓，加載插銷閥無法正常關閉，油泵無法正常加載[8]。

故障處理：清洗隔離閥控制電磁閥。

4.1.2 停機后回油箱油溫高

原因分析：壓力油泵啟動油壓取自壓力油罐，壓力油罐漏氣，導致油罐壓力低于6.0MPa，油泵自啟，油泵長時間運行，油流在回油箱內長時間循環，致使油溫上升至報警值。

故障處理：①檢查油罐漏氣點；②巡查時關注調速器壓力油罐油壓，回油箱油位。

4.1.3 機組啟動時調速器接力器鎖定

原因分析：①位置開關故障；②液壓鎖錠操作機構卡澀；③接力器鎖錠液壓操作回路異常。

故障處理：現地檢查接力器鎖錠投退狀態，如接力器鎖錠已動作到位，則可能為位置開關故障，更換位置開關。若接力器鎖錠確實未正常動作，則投入球閥上游密封和機械鎖錠螺栓，投入機械剎車和高壓注油泵，對接力器鎖錠進行全面檢查。

4.1.4 隔離閥與管道銜接處法蘭滲油

原因分析：安裝調試階段，管路與閥銜接處，管道和元件外部在安裝過程中未及時清理鐵屑及雜物，元件的工作狀態不穩定，調速器電磁閥故障率明顯增加[9]。

故障處理：對失效的元件進行更換，定期進行全面檢查，同時對管道進行清理，管理好油液的清潔度。

4.2 調速器的維護

(1)注重液壓油的性能和清潔度。電站使用的46#透平油，在平時運行過程中需要對油進行定期過濾，液壓回路油過濾器定期切換和清洗[10]。

(2)做好設備的定期校驗。液壓油路油過濾器壓差傳感器定期校驗，油泵出口安全閥、壓力油罐安全閥定期校驗。

(3)做好調速系統定期培訓。業務技能的提高能確保調速器系統的正常運行。

(4)加強定期設備巡查，注意壓力油罐油位、油壓正常?；赜拖溆臀?、自動補氣裝置動作正確。液壓系統注重各管路、接頭、導葉接力器無漏油、滲油、漏水、漏氣現象。

5 結語

本文對ALSTOM調速器進一步試驗和分析，即檢查調速器的性能，同時了解機組在過渡過程中的狀態、各調節參數變化的范圍以及參數變化時對機組過渡過程規律的影響，確定了調速器的最佳參數。在調試及試運行期間對調速器系統多次出現的問題進行了進一步總結和分析，對今后機組安全運行具有一定的指導作用，對其他抽水蓄能電站有借鑒和參考意義。本文只對調速器性能與空載試驗進行了分析，仍有不少問題需要深入地探索，為國內大型水輪發電機組調速器系統的安全運行提供更多、更好的經驗。

[1] 徐福明. 幾種水輪機微機調速器的淺析[J]. 水利規劃與設計, 2005(04): 29- 31.

[2] 李鵬, 王鑫, 陳磊. 三峽 700MW水輪發電機組調速器液壓系統的運行經驗[J]. 大電機技術, 2012(04): 59- 64.

[3] 于江洲. 水輪機調速器系統新技術的發展及其應用[J]. 水電廠自動化, 2015, 36(01): 63- 66.

[4] 沈才山, 吳祖平. 龍灘水電站調速器主配閥介紹[J]. 水電站機電技術, 2008(04): 16- 18.

[5] 岳建峰, 樊錦. 淺談漫灣電廠二期調速器的調試[J]. 廣西水利水電, 2012(06): 59- 62.

[6] GB/T 18482- 2010. 可逆式抽水蓄能機組啟動試運行規程[S].

[7] GB/T 9652. 1- 2007. 水輪機控制系統技術條件[S].

[8] 李華. 水電調試機組中若干問題的分析及建議[J]. 西北電力技術, 1999(01): 38- 40.

[9] 劉西明. 關于水輪機調速器系統的應用與故障維修[J]. 科技創新與應用, 2015(01): 82- 82.

[10] 王月. 淺談水電站水輪機調速器的調試與維護[J]. 科技與企業, 2014(08): 337- 337.