潘家口電廠2號機組調速器試驗淺析

馬玉杰

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

潘家口電廠坐落在河北省遷西縣境內灤河干流的中上游，是國內最早的大型抽水蓄能電站之一。電廠安裝3臺90MW機組，總裝機270MW，于1992年投入運行。

原調速器于2005年10月23日投入運行，為維奧公司（現(xiàn)安德里茨公司）產品。調速器由一套獨立PLC控制，主要包括通信模塊、開入開出模塊、模擬量輸入輸出模塊等。2016年9月，潘家口電廠對2號機組調速器進行改造，采用TC1703XL雙微機冗余調速器，設計方式為雙PLC冗余備用，并設計有一套管理PLC。

1 靜態(tài)試驗

靜態(tài)試驗主要包括控制系統(tǒng)實測、永態(tài)轉差系數(shù)Bp校驗、執(zhí)行機構特性測試、電源切換試驗和CPU切換試驗。

1.1 試驗前檢查

1.1.1 外部接線檢查安裝單位電纜接線已經完成，安裝自檢工作結束。調速器AC220V電源由獨立電纜線輸入，進入指定接線端子。

調速器信號輸入屏蔽線按照要求接入，電纜屏蔽線單邊接入調速器接地端子，信號線與動力線不能共用一根電纜。

電氣柜與機械部分的連線連接正常。1.1.2 安全檢查

發(fā)電機開關跳開，閘刀已拉開。工作門全關，進水閥全關。水車室，轉輪室無人工作。

有關人員確認調速器調試人員可以開始工作。油壓裝置處于正常自動運行狀態(tài)。1.1.3 上電檢查

上電前斷開位移傳感器、齒盤探頭、水頭變送器的電源輸入端。

接通調速器交流、直流電源，測量兩路DC24V電源是否正常。

1.1.4 輸入輸出信號檢查

調速器電氣柜的輸入輸出信號采集調速器所需的現(xiàn)場外部信號，再根據(jù)采集的現(xiàn)場信號輸出控制信號，包括開關量與模擬量，因這些信號是調速器工作的基礎，須確認調速器輸入輸出的每一個點。

1.2 控制系統(tǒng)實測

設置比例環(huán)節(jié)Kp=1，主環(huán)的積分、微分、永態(tài)轉差系數(shù)及頻率死區(qū)（ε）均置為無效，用信號發(fā)生器給調節(jié)系統(tǒng)施加轉速模擬信號，進行0.1Hz和0.2Hz的給定階躍試驗（圖1、2）。經計算，在兩種試驗情況下，比例環(huán)節(jié)實測數(shù)值均與設置數(shù)值一致，表明系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)功能正常。

設置積分環(huán)節(jié)Ki=1，比例環(huán)節(jié)Kp=1，排除其他環(huán)節(jié)干擾，用信號發(fā)生器給調節(jié)系統(tǒng)施加轉速模擬信號，進行 0.1Hz和 0.2Hz的給定階躍試驗（圖 3、4）。經計算，在兩種試驗情況下，積分環(huán)節(jié)實測數(shù)值均與設置數(shù)值一致，表明系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)功能正常。

圖1 Kp=1頻率0.1Hz階躍試驗錄波圖

圖2 Kp=1頻率0.2Hz階躍試驗錄波圖

圖3 Ki=1頻率0.1Hz階躍試驗錄波圖

圖4 Ki=1頻率0.2Hz階躍試驗錄波圖

1.3 永態(tài)轉差系數(shù)Bp校驗

將永態(tài)偏差系數(shù)設置為Bp=4%，將接力器行程開至50%，死區(qū)設置為0，導葉內外環(huán)放大倍數(shù)設為調整好的值，另外試驗前還需將孤網檢測頻率高設為110%，孤網檢測頻率低設為90%，以防做試驗時進入孤網狀態(tài)。機組處于開度控制模式，緩慢改變機組模擬轉速信號，記錄頻率反饋、接力器行程等信號。試驗記錄如表1所示。

表1 永態(tài)轉差系數(shù)Bp校核

由表1可得圖5所示。

圖5 調速器靜特性曲線

1.4 執(zhí)行機構大階躍動作特性測試

導葉大開度階躍擾動試驗（圖6）。

圖6 導葉大開度階躍試驗錄波圖

導葉小開度階躍擾動試驗（圖7、8）。

圖7 導葉小開度階躍擾動變化（開）

圖8 導葉小開度階躍擾動變化（關）

1.5 電源切換試驗

調速器工作在模擬負載狀態(tài)（斷路器合，模擬機頻為 50Hz）：

先后切除交流、直流電源，觀察接力器變化情況；檢查是否有明顯擾動。

由表2可知，電源切換前后導葉開度無變化，滿足擾動量＜1%要求。

表2 電源切換前后導葉開度記錄表

1.6 CPU切換試驗

調速器工作在模擬負載狀態(tài)（斷路器合，模擬機頻為 50Hz）：

先后在兩CPU之間進行切換，觀察接力器變化情況；檢查是否有明顯擾動。

由表3可知，CPU切換前后導葉開度無變化，滿足擾動量＜1%要求。

表3 CPU切換前后導葉開度記錄表

2 空載試驗

空載試驗包括空載擺動試驗及空載擾動試驗，空載擺動試驗記錄3min內的轉速最大值與最小值，二者差值即為擺動值；空載擾動試驗通過修改頻率給定值，使機組經過動態(tài)過程后穩(wěn)定在新的頻率。試驗時，空載工況PID調節(jié)參數(shù)：Kp=1.2；TN=8.4；TD=0.8。

圖9 空載試驗曲線

由圖9可知，最小轉速為99.93%，最大轉速為100.14%，轉速擺動為0.21%，空載擺動值小于0.3%，滿足要求。

3 甩負荷試驗

機組甩負荷試驗是檢驗水輪機和調速器質量最重要的試驗項目之一。通過甩負荷試驗測量水輪機的振動、轉速上升率等重要指標，來判定機組調速器制造、安裝是否符合要求。機組甩25%額定負荷后，接力器不動時間小于0.2s；機組甩100%負荷后，在轉速變化過程中超過穩(wěn)態(tài)轉速3%以上的波峰不應超過2次，從接力器第1次向關閉方向移動起到機組轉速擺動值不超過0.5%止所經歷的總時間不應大于40s。

由圖10可知，甩25%試驗，接力器不動時間時間＜0.2s，滿足要求。

由圖11可知，甩50%負荷試驗，調節(jié)次數(shù)＜1，調節(jié)時間26.4s＜40s，滿足要求。

圖11 甩50%試驗曲線

由圖12可知，甩75%負荷試驗，調節(jié)次數(shù)＜1，調節(jié)時間28.3s＜40s，滿足要求。

圖12 甩75%試驗曲線

由圖13可知，甩100%負荷試驗，調節(jié)次數(shù)＜1，調節(jié)時間25.7s＜40s，滿足要求。

圖13 甩100%試驗曲線

4 水泵啟動試驗

調速器若接收到來自LCU的水泵啟動指令，則按照與揚程的協(xié)聯(lián)曲線以一定速度開啟至協(xié)聯(lián)開度，記錄水泵啟動試驗曲線。

由圖14可知，水泵啟動后開度與水頭協(xié)聯(lián)正常。

圖14 水泵啟動試驗曲線

5 結束語

本次試驗完成了調速器控制系統(tǒng)比例及積分環(huán)節(jié)驗證、永態(tài)轉差系數(shù)Bp校驗、執(zhí)行機構大階躍動作特性測試、空載試驗、甩負荷試驗、水泵啟動試驗，驗證了水輪機及其調節(jié)控制系統(tǒng)模型參數(shù)的準確性，為系統(tǒng)穩(wěn)定分析及電網日常生產調度提供準確的計算數(shù)據(jù)，是保證電網安全運行和提高勞動生產率的有效措施，具有重要的社會意義和經濟效益。