田莊電站新型調速器更換實施探討

戴宏武

（河北省石津灌區事務中心 河北 石家莊 050051）

石津灌區田莊水電站坐落在石津灌區總干渠上，以石津總干渠田莊節制閘作為電站的溢流閘門，在石家莊市西北。作為冀晉主要通道的石清公路在石津灌區田莊水電站門前穿過，距石太高速公路出口僅1 km。電站建成于1983 年，本次為技術更新改造。電站裝機2×2500kW，裝設2 臺軸流轉槳式水輪發電機組，水輪發電機組的型號為ZZ600-LH-330。自1983 年投產發電，其調速器老化嚴重，為提高安全運行水平，對2 臺調速器實施了更換。

1 調速器類型及主要任務

1.1 調速器類型。按照調速原件分為以下3 種。

1.1.1 機械液壓型(機調)調速器。各種信號的反饋及測量都由機械裝置的環節完成，由于調節不夠精確，目前已經很少使用。

1.1.2 電氣液壓型(電調)調速器。信號調節性能很好，用電氣回路代替機械調節中的機械部件，降低成本，精確度和靈敏度都不錯，設備安裝調整也比較方便，截至目前，很多電站還在使用這種調速器。

1.1.3 微機型調速器。用先進的工業計算機控制取代了電子調速器，這種調速器調節性能比電氣液壓型的性能更加優良，也增加了更多的功能。本次電站更換采用了這種微機調速器類型。

1.2 調速器主要任務。①保持水輪發電機組的頻率以及轉速的變化參數在國家規定的范圍內。②可根據水量及水頭變化，快速準確調節水輪機導葉的開度，以便達到增減機組負荷的目的。③機組開停機、減少或增加負荷時，對并入電網的發電機組分配負荷，可以實現機組經濟合理的運行方式。

2 調速器主要技術參數

田莊電站調速器類型更換后采用微機調速器，型號為WST-100 型機械調速器，主要技術參數：飛擺型式菱形；設計飛擺單位比例度2.5%/mm；飛擺額定轉速500 γ/min；緩沖時間常數0～20 s；變速機構范圍-15%～10%。

3 調速器技術要求

WST(雙調)系列大型可編程微機調速器是為大中型電站設計和制造的新一代調速器。田莊電站本次選用的調速器將機械和電氣柜合為一體組成整體式調速柜。可編程控制器、觸摸屏等電氣部件置于與機械部件相隔離的柜體上部，機械液壓液隨動系統安裝于柜體的下部，調整維護和檢修測量都十分方便。它能使水輪機發電機組在各種工況下穩定運行。調速器技術要求如下。

3.1 調速器是以PID 調節規律為基礎的數字式電液調速器，即微機調速器。調速器能實現遠方及現地進行機組的手動及自動開停機以及事故停機，具有轉速調整、輸出功率調整、水位控制、開度控制、水頭控制、自動跟蹤電力系統頻率、診斷容錯以及穩定等功能。

3.2 調速系統包括電液執行機構、數字控制單元、測速裝置、反饋裝置、轉速繼電器、壓力油罐、回油箱、油泵、補氣裝置和漏油箱等。調速器所有的功能借助于微處理機來實現。微處理機接受轉速信號、水頭信號、水位信號、反饋信號、同期裝置的頻差信號、來自計算機監控系統的單元控制器的操作指令和參數給定指令，同時輸出電信號經過放大后，可以控制受控液壓系統，實現調節水輪機導葉的功能。

3.3 電氣回路的原件及其數字式控制單元布置在調速器柜內上部分構成了電氣柜。電液執行機構集中安裝在柜內構成機械柜，設計合理，調試、操作、維護方便，并能保證運行安全。電器柜儀表、指示燈、操作手柄、按鈕應布置在柜子的正面，便于操作，底部具有動力纜、控制纜及其導管的進口，柜子內部備有接入導線的接線板和管路的接口。

4 調速器布置方式

田莊水電站調速器由可編程計算機控制器和數字閥隨動系統構成，采用機械部分和電氣部分合柜形式。調速器電氣部分采用可靠性高和抗干擾能力強的PCC 作為微型計算機的中心，采用彩色觸摸屏作為操作和顯示的平臺。

4.1 調速器機械部分采用數字閥隨動系統，內部應無杠桿、無機械反饋、無明油管路。機械電氣液壓柜的結構要便于安裝、檢修和維護；柜上應裝設機組轉速表、導葉開度指示表、槳葉開度指示表和控制所需的儀表。

4.2 調速器提供通訊接口RS485 及通訊協議，能夠實現遠程微機監控。使用了電氣回路作為反饋裝置，提供調速器所需的全部傳感器、接點及顯示設備，通過線繞精密的電位器制作成調速器開度反饋傳感器。

4.3 調速系統的操作油品使用了L-TSA-46(GB11120)汽輪機油。油溫在5 ℃～50 ℃，調速器設有緊急停機電磁閥，可根據需要自動或手動投入。調速器內部集成分段關閉裝置，使導葉可以分段用2 種速度關閉，用來控制發電機組甩負荷壓力以及轉速的上升值不超過上限。

5 調速器主要工作性能

電站調速器有足夠的容量，當調速器油壓裝置的工作油壓最低時，水輪機導葉的水力矩達到最大；電站調速器可以在其規定的接力器最小全關閉(或開啟)行程控制時間內，將導葉從100%開度關至零(或由零開至100%開度)；調速器可以在空載狀態下或在額定轉速下控制水輪機轉速；調速器能在并網狀態下，實現以下功能：

5.1 實現手/自動開、停機及緊急停機；導葉手動運行、自動運行；遠方控制、現地控制；所有的控制功能均可在現地操作；遠方可進行減少或增加負荷(或頻率開度)、自動開停機等操作。

5.2 自動開機根據水頭設定空載及啟動開度；切換導葉自動運行方式；切換開度和頻率的運行模式；監測到頻率跟蹤以及頻率監測的人工盲區。調速器采用交直流雙重供電，直流優先。調速器的電源切換可以實現無沖擊和無擾動。交直流電壓均為220V 工作電源，交流電源配備有隔離變壓器。

5.3 手電動運行時出現機組甩負荷且不需停機時，不直接停機，并維持空載運行。電源消失后保持導葉開度運行；轉速信號故障時，使導水機構保持在所處位置，機組保持穩定運行。該裝置投入時不妨礙機組正常和事故停機。

田莊電站在更換為微機型調速器后，調節機組負荷及開停機更加方便快捷，提高了機組的安全運行水平。