SWT-2000型調速器在石門水電站的應用

劉成軍

摘 要：介紹石門水電站SWT-2000型調速器的性能特征、系統構成、安裝試驗及應用中出現的問題的改進與建議。

關鍵詞：調速器;性能;安裝試驗;石門水電站

石門水電站位于漢江一級支流褒河下游，是石門水利樞紐的配套工程，由河床、河東、河西三處電站組成，其中河床電站在2013年改造后，裝有容量為3×13MW軸流轉漿式機組。調速器更新為南瑞公司的SWT-2000型調速器。

1 結構性能

SWT-2000調速器電氣部分由兩套PCC2003可編程控制器+第三方智能切換PLC及手動綜合控制模塊組成。其機械部分電液轉換單元采用BOSCH伺服比例閥+高速數字閥組成雙冗余控制系統。主配壓閥采用南瑞CF系列插裝閥，具備自復中功能。

2 調節模式和特征

2.1 控制調節模式

采用PID控制。將導葉開度反饋控制引入控制器，增加了導葉副環數字PID控制。

空載運行時，有開度閉環和轉速閉環控制調節模式;并網運行時，增加了功率閉環控制調節模式。

2.2 調節控制特征

（1）采用改進型PID控制，其控制傳遞函數為：

改進型PID控制其動態過程較短，系統穩定性提高，系統動態調節性能提高。

（2）適應式變參數變結構調節和容錯控制。

將離線參數優化改為在線參數優化。其基本流程是：

①先進行工況優化，求出最佳參數;

②工況變化時，再求最佳參數;

③做到各種工況下PID參數最優。

容錯控制針對頻率、功率、水位、開度測量等故障都設置相應的容錯保護策略。當其一個或多個失效時，在不產生危及機組安全的問題下，允許采取降低性能的方式來繼續保持對機組的有效控制。

3 系統構成

系統由電氣控制調節和液壓控制調節組成。

3.1 電氣控制調節部分

調節器PCC模塊采用冗余配置，兩塊調節器間采用CAN接口進行通訊，保證信息冗余和切換穩定。獨立設置兩套24V電源和反饋通道。通過兩套采樣模塊采集信號并各自處理采集的信號，一套處于主控模式，一套處于熱備用模式;當其中一套發生故障時，通過智能切換PLC自動投入另一套，無擾切換，并維持運行工況不變。兩套PCC通過MODBUS總線與監控上位機組成人機界面系統，實現調速器智能化。

3.2 液壓控制調節部分

液壓控制是將PCC的輸出信號按比例轉換成接力器的位移，來控制水輪機的導水機構。主要有導葉和漿葉控制。導葉控制包括自動、手動、緊急停機三部分。漿葉控制包括自動、手動控制。液壓控制系統由四只插裝閥組成一個三位四通閥與一個伺服比例閥并聯實現對接力器的控制。

（1）調速器自動控制有小、大調節兩個通路。

小調節通路流程為：電氣控制信號（連續電壓）——伺服閥功放—伺服比例閥—接力器。

大調節通路流程為：電氣開關量信號（斷續脈沖）——快開（快關）閥—插裝閥—接力器。

（2）緊急停機操作是由快關閥完成，其直接控制插裝閥完成關方向動作。

（3）手動控制流程為：手動控制開關（切換閥——斷續脈沖——手動閥——接力器）。

4 安裝與試驗

（1）調速器包括：電氣控制柜、液壓閥組、油泵及其控制柜、回油箱、蓄能器、分段關閉閥、事故配壓閥、接力器鎖錠電磁閥、位移傳感器、液壓管路。

現場安裝布局時，電氣柜布置在機旁，通過電氣線路對回油箱上的液壓閥組進行控制。回油箱原位布置，蓄能器靠近回油箱放置。電機油泵組已預裝在回油箱上，分段關閉閥和事故配壓閥安裝在相應的管路上，并靠近接力器。鎖錠電磁閥和導葉位移傳感器安裝在接力器坑內，槳葉位移傳感器安裝在受油器頂部。

（2）清洗閥組、管路、回油箱后，在回油箱注入清潔油。

（3）對液壓控制裝置的接線、部件、按鈕、油路、表計、開入量進行檢查確認。

（4）主配壓閥試驗（導葉）。開機時間、關機時間（含分段關閉）、緊急停機動作時間（含分段關閉）調整為設計規定值。

（5）電氣柜進行接線、位移傳感器安裝、輸入輸出功能檢查。

（6）機組參數、各水頭下的限制參數等數據輸入。

（7）模擬量定位。

（8）現場試驗。進行導葉副環試驗、槳葉副環試驗，確定副環控制的最佳參數。

做靜特性試驗，轉速死區為 0.0007%，符合國標要求。

靜態檢查及故障模擬正確無誤，機組過速試驗合格。

進行空載擾動試驗，選擇動態過程穩定的調節參數。

自動穩定性檢查，在自動情況下測得三分鐘頻率波動的峰谷值為：+0.07Hz—0.06Hz，小于國標規定±0.15%。

自動停機開機試驗觀察開停機過程中導葉、槳葉、頻率的變化過程、開機時間和接力器的全關時間。

甩負荷試驗，蝸殼水壓上升率、機組轉速上升率、導葉接力器緊急關閉時間符合設計規定。

5 改進與建議

調速器改造后，在近幾年的運行中，也暴露出部分問題：

5.1 水電站電磁環境復雜，該設備抗干擾能力有待提高

電氣柜內的日光燈啟動瞬間對柜內電氣元件的工作干擾大，取掉日光燈后，該干擾消除;機旁動力柜低壓斷路器操作時，對蓄能器上的壓力變送器影響明顯，若此時油泵正在運行，出現過油泵失控停運的現象。將油泵的啟停改為壓力開關控制，壓力變送器只負責顯示信號后，油泵工作恢復正常。

5.2 液壓閥組裝配質量有待提高

2號機在運行中出現過導葉開度無法增加的故障，經對插裝閥部分解體后，發現其錐形密封面內有長約1.5厘米的O型密封圈殘段，取出后，回裝，導葉調整正常。

5.3 液壓油溫長期偏高時，溢流閥提前泄油

在水頭變化大，機組長期運行時，液壓油溫偏高，最高可達47℃。此時先導式溢流閥的整定值會向下偏移，油泵提前泄油，工作時間變長;長時間在這個工況下，最終油泵只會連續運行而上油量不足，機組被迫停機。溢流閥的控制壓力為10MPa，更換為20MPa的同系列型號后，該狀況得到緩解。

6 結語

經過多年的運行實踐，改造后的調速器動態性能指標、穩定性能指標符合技術標準要求。操作簡便，可靠性高，維護調試方便，并網容易，各功能滿足機組的正常安全運行。