比例數(shù)字步進調速器

1、 通過IS09001質量體系認證 中國電器協(xié)會水電分會理事單位 PSW(S)T比例數(shù)字冗余及BW(S)T無油步進式 水輪機調速器 武漢三聯(lián)水電控制設備有限公司 二OO五年六月目 錄第一章 水輪機調節(jié)4一水輪機調節(jié)的基本任務4二水輪機調節(jié)系統(tǒng)的結構5三水輪機調節(jié)系統(tǒng)的特點5第二章 水輪機調速系統(tǒng)的標準和特性7一水輪機調速系統(tǒng)的標準：7二調速器總體原則：7三性能指標7四調速系統(tǒng)的可靠性8第三章 PSW(S)T比例數(shù)字冗余式水輪機調速器8一慨述81型號：92主要技術參數(shù)103主要調節(jié)性能指標：104輸入輸出信號范圍：10二系統(tǒng)組成111電氣控制系統(tǒng)（機電分柜模塊化結構設計電柜）112.電氣核心部件1

2、13.編程環(huán)境134通訊能力145.導葉位置傳感器156機械液壓系統(tǒng)16第四章BW(S)T步進式水輪機調速器18一慨述181型號192主要技術參數(shù)203主要調節(jié)性能指標204輸入輸出信號范圍20二系統(tǒng)組成211電氣控制系統(tǒng)212機械液壓系統(tǒng)211）結構說明212）無油單彈簧自復中電-位移轉換器213)步進電機與驅動器224）. 無油單彈簧自復中電-位移轉換器工作原理235）主配位移反饋調試26第五章 調節(jié)控制規(guī)律及供電電源271補償PID272多點偏差增益控制法303齒盤測頻結構示意圖與工作過程304漿葉協(xié)聯(lián)函數(shù)發(fā)生器315供電電源及監(jiān)視31第六章 調速器的運行方式321調速器運行流程322自

3、動運行工況333. 電手動運行工況384機械手動運行工況38第七章診斷和故障處理381容錯382自診斷和故障處理39第八章 安裝與調整401電氣調整402比例伺服閥與放大器的調整423.機械安裝與調整43第九章 運行461運行方式462工作過程473工況PID參數(shù)474. 結構及布置485操作說明496參數(shù)檢查50第十章 維 護521. 電氣日常維護522機械日常維護52第十一章 水輪機微機調速器的故障處理531、空載運行532、負載運行533、接力器544、甩負荷545、參數(shù)和水頭556、關鍵輸入信號557、監(jiān)視關鍵參數(shù)55第一章 水輪機調節(jié)一水輪機調節(jié)的基本任務水輪發(fā)電機組把水能轉變?yōu)殡娔?/p>

4、供生產(chǎn)、生活使用。用戶在用電過程中除要求供電安全可靠外，對電網(wǎng)電能質量也有十分嚴格的要求。按我國電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50Hz（赫茲），大電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0.2Hz。對我國的中小電網(wǎng)來說，系統(tǒng)負荷波動有時會達到其容量的510；而且即使是大的電力系統(tǒng)，其負荷波動也往往會達到其總容量的23。電力系統(tǒng)負荷的不斷變化，導致了系統(tǒng)頻率的波動。因此，不斷地調節(jié)水輪發(fā)電機組的輸出功率，維持機組的轉速（頻率）在額定轉速（頻率）的規(guī)定范圍內，就是水輪機調節(jié)的基本任務。水輪機調速器是水電站發(fā)電機組的重要輔助設備，它與電站那二次回路或計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機組的開機、停機、增減負

5、荷、緊急停機等任務。水輪機調速器還可以與其他裝置一起完成自動發(fā)電控制（AGC）、成組控制、按水位調節(jié)等任務。水輪發(fā)電機組轉動部分的運動方程為：Jd/dt=Mt-Mg式中：J機組轉動部分的慣性矩（kg·）；n/30機組轉動角速度（rad/s）；n機組轉動速度（r/min）；Mt水輪機轉矩（N·m）；Mg發(fā)電機負荷阻力矩（負載轉矩）（N·m）。上式表明，保持機組轉速（頻率）為恒值的條件是d/dt0，即要求MtMg，否則就會導致機組轉速（頻率）偏離額定值，從而出現(xiàn)轉速（頻率）偏差。水輪機轉矩MtQHt /式中：Q通過水輪機的流量（m3/s）;H水輪機凈水頭（m）；t水輪

6、機效率；水的密度（kg/m3）只有不斷地調節(jié)流量Q和效率t，才能調節(jié)水輪機轉矩Mt，達到MtMg的目的。從最終效果來看，水輪機調節(jié)的任務是維持水輪發(fā)電機組轉速（頻率）在額定值附近的允許范圍內。然而，從實質上講，只有當水輪機調節(jié)器相應地調節(jié)水輪機導水機構開度（從而調節(jié)水輪機流量Q）和水輪機輪葉的角度（從而調節(jié)水輪機效率t），使MtMg，才能使機組在一個允許的規(guī)定轉速（頻率）下運行。因此，水輪機調節(jié)的實質：根據(jù)偏離額定值的轉速（頻率）偏差信號，不但地調節(jié)水輪機的導水機構和輪葉機構，維持水輪發(fā)電機組功率與負荷功率的平衡。二水輪機調節(jié)系統(tǒng)的結構水輪機調節(jié)系統(tǒng)是由水輪機控制設備（系統(tǒng)）和被控制系統(tǒng)組成的

7、閉環(huán)系統(tǒng)。水輪機、引水和泄水系統(tǒng)、裝有電壓調節(jié)器的發(fā)電機及其所并入的電網(wǎng)稱為水輪機調節(jié)系統(tǒng)的被控制系統(tǒng)；用來檢測被控參量（轉速、功率、水位、流量等）與給定量的偏差，并將其按一定的特性轉換成主接力器行程偏差的一些裝置組合成為水輪機控制設備（系統(tǒng)）。水輪機調速器則是由實現(xiàn)水輪機調節(jié)及相應控制的電氣控制裝置和機械執(zhí)行機構組成。水輪機調節(jié)系統(tǒng)的工作過程為：測量元件把機組轉速n（頻率f）、功率Pg、水頭H 、流量Q等反映機組運行工況的參數(shù)測量出來作為水輪機調速器的反饋信號，與給定信號閉環(huán)綜合后，經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機構，執(zhí)行機構操縱水輪機導水機構和槳葉機構。三水輪機調節(jié)系統(tǒng)的特點水輪機調節(jié)系統(tǒng)是一個自

8、動調節(jié)系統(tǒng)，它具有一般閉環(huán)控制系統(tǒng)的共性，但是水輪機調節(jié)系統(tǒng)是一個復雜的非線性控制系統(tǒng)。水輪機型式有：混流式、軸流定槳式、軸流轉槳式、貫流式、沖擊式、水泵、水輪機式等等；水輪機發(fā)電機組由多種工作狀態(tài)：機組開機、機組停機、同期并網(wǎng)前和從電網(wǎng)解列后的空載、孤立電網(wǎng)運行、以轉速控制和功率控制并列于大電網(wǎng)運行、水位和/或流量控制等。水輪機控制設備是通過很大的動力來調節(jié)水輪機導水機構和槳葉機構來調節(jié)水輪機流量及其流態(tài)的，因此，即使是中小型調速器也大多要采用機械液壓執(zhí)行機構，且常常采用有一級或二級液壓放大的液壓執(zhí)行機構。水輪機過水管道存在這水流慣性，通常用水流慣性常數(shù)Tw；來表述：Tw(Qr/gHr)L/

9、A=Lv/gH式中：A每段過水管道的截面積（）；L相應每段過水管道的長度（m）v相應每段過水管道內的流速（m/s）g重力加速度（m/s2）Tw水流慣性時間常數(shù)（s）從自動控制理論的觀點來看，過水管道水流慣性使得水輪機調節(jié)系統(tǒng)成為一個非最小相位系統(tǒng)(非極小相響應)，其特點為，由于水的慣性，當改變導葉方向時，首先引起水輪機轉矩在反方向作用，然后再回到與導葉運動相同的方向。對系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定和響應特征會帶來十分不利的影響。通常所說的水錘效應（或水擊效應）就是對這種水流慣性的一種形象的表述。水流慣性時間常數(shù)Tw的物理概念是：在額定水頭Hr作用下，過水管道內的流量Q由0加大至額定流量Qr所需要的時間。水輪

10、發(fā)電機組存在著機械慣性，可利用機組慣性時間常數(shù)Ta來表述：TaJr/Mr=GD2·Nr2/3580Pr式中：Jr額定轉速時機組的慣性矩（kg·） Mr機組額定轉矩（N·m）GD2機組飛輪力矩（kN·）nr機組額定轉速（r/min）Pr機組額定功率（kW）Ta機組慣性時間常數(shù)（s）機組慣性時間常數(shù)Ta的物理概念是：在額定力矩Mr作用下，機組轉速n由0上升至額定轉速nr所需要的時間。對比例積分微分（PID）型調速器，水輪機引水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù)Tw不大于4s；對比例積分（PI）型調速器，水流慣性時間常數(shù)Tw不大于2.5s。水流慣性時間常數(shù)Tw與機組慣性時

11、間常數(shù)Ta的比值不大于0.4。反擊式機組的Ta不小于4s，沖擊式機組的Ta不小于2s。第二章 水輪機調速系統(tǒng)的標準和特性一水輪機調速系統(tǒng)的標準：1電氣與電氣工程師協(xié)會標準IEEE、IEC60362-19982水輪機電液調節(jié)系統(tǒng)及裝置技術規(guī)程DL/563-1995；3水輪機調速器與油壓裝置試驗驗收規(guī)程GB/T 9652.21997；4水輪機調速器與油壓裝置技術條件GB/T 9652.11997；5大中型水輪機組自動化元件及系統(tǒng)基本技術條件GB/T 11805-89；6水輪機調速系統(tǒng)試驗國際規(guī)程IEC308；7美國電氣制造商協(xié)會標準NEMA；二調速器總體原則：符合國家有關文件、標準的規(guī)定，充分體現(xiàn)

12、先進性、合理性、完整性和高可靠性的原則。保證整個調速系統(tǒng)安全可靠地工作，并滿足如下要求：* 滿足有關文件的要求和有關國家標準。* 適應頻繁啟停，空載快捷平穩(wěn)，大網(wǎng)運行安全可靠，小網(wǎng)運行響應迅速。* 高性能和高安全可靠性。* 各種運行工況穩(wěn)定運行、相互跟蹤、切換無擾動。* 硬件配置合理，各種調節(jié)控制功能完備。* 全中文圖形、表格、數(shù)據(jù)的人機操作平臺。* 完善的試驗、錄波、事件記錄、自診斷、幫助等輔助功能。* 選用世界知名廠家的兼容性高的最新元器件。三性能指標* 導葉接力器全關閉時間調整范圍為： 3100S* 導葉接力器全開啟時間調整范圍為： 3100S* 槳葉接力器全關閉時間調整范圍為： 101

13、20S* 槳葉接力器全開啟時間調整范圍為： 10120S* 頻率調整范圍： 4555 Hz* 永態(tài)轉差bp調整范圍： 010%* 比例增益Kp調整范圍： 0.520* 積分增益KI調整范圍： 0.0510 1/s* 微分增益KD調整范圍： 0.010 s* 人工失靈區(qū)調節(jié)范圍： 0±1 .5%nr* 測至主接力器的轉速死區(qū)不超過： 0.02 %* 水輪機甩25%負荷后，接力器不動時間不超過： <0.2 s* 靜特性曲線非線性度： 不超過 0.5%* 自動空載運行3分鐘，機組轉速相對擺動值不超過 +0.15%。* 甩100%額定負荷后轉速波動超過3%的波動次數(shù)不超過 2次，由調速

14、器引起的機組轉速持續(xù)波動相對值不大于：±0.15。從機組甩負荷時起，機組轉速相對偏差小于±1為止的調節(jié)時間tE與從甩負荷開始至轉速升至最高轉速所經(jīng)歷的時間tM的比值，對中、低水頭反擊式水輪機和沖擊式水輪機應不大于15；對從電網(wǎng)解列后給電廠供電的機組，甩負荷后機組的最低相對轉速不低于0.9。四調速系統(tǒng)的可靠性自動工況可利用率： >99.99%自動手動可利用率： 100%首次無故障間隔時間（自現(xiàn)場驗收起） 不小于35000小時大修間隔時間： 10年 退役前的使用期限： >20年第三章 PSW(S)T比例數(shù)字冗余式水輪機調速器一慨述PSW(S)T比例數(shù)字式冗余可編程控

15、制水輪機調速器，是三聯(lián)公司將大中小型調速器中取得的豐富經(jīng)驗移植、優(yōu)化而開發(fā)出來的新一代調速器；適用于大中型混流式、軸流式、貫流式水輪發(fā)電機組的自動調節(jié)與控制。本系列調速器的額定工作油壓為2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa，主配壓閥直徑為80mm、100mm、150mm、200mm、250 mm。它能使水輪發(fā)電機組在各種工況下穩(wěn)定運行，可實現(xiàn)機組的自動或手動開、停機，并網(wǎng)運行，調節(jié)機組負荷，事故緊急停機等。PSW(S)T水輪機調速器具備自動、電手動和機械手動三種操作方式。調速器具有速度與加速度檢測、轉速控制、開度控制、功率控制、電力系統(tǒng)頻率自動跟蹤、快速同步、導葉電氣開限、參數(shù)自適應、在線

16、自診斷、容錯及故障處理、故障濾波等功能。調速器能現(xiàn)地和遠方進行機組的手/自動開停機和緊急停機；能以數(shù)字量通訊和開關量接點兩種形式接收電廠監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，并向電站監(jiān)控系統(tǒng)實時傳遞調速系統(tǒng)有關信息。調速器系統(tǒng)的電氣部分采用高性能法國施耐德MODICON TSX系列或者日本三菱FX2N、A系列可編程控制器PLC，一般為單機系統(tǒng)，但是可根據(jù)用戶要求配備成雙機系統(tǒng)，雙機之間的通訊采用NB+或Ethernet。電氣輸出具有步進電機、比例伺服閥、數(shù)字閥、伺服閥四種可兼容的輸出型式。機械部分主要包括冗余電液轉換機構、機械手動操作機構、引導閥、主配壓閥、緊急停機電磁閥組成無明管、靜態(tài)無油耗的脈寬、脈幅脈寬的

17、控制型式。根據(jù)用戶要求可以配置機械液壓傳動的導葉分段關閉裝置，分段關閉裝置采用三聯(lián)公司的專利產(chǎn)品：DX-1型 (專利號：ZL 00 2 32366.4)1型號：PSWT型為單調節(jié)型。只有導葉調整部分,PSW（S）T型為雙重調節(jié)型，具有導葉調整和槳葉調整兩部分，二者之間由電氣協(xié)聯(lián)。機械部分不設協(xié)聯(lián)裝置，二者原理和結構基本相同。其中導葉調整部分具有緊急停機裝置，并可根據(jù)用戶要求提供分段關閉裝置。而槳葉調整部分沒有緊急停機裝置和分段關閉裝置。其工作原理如下： 電信號與接力器位置反饋信號在綜合放大器內比較并放大，放大器的輸出信號使電液轉換器產(chǎn)生與其成比例的位移，由于電液轉換器與引導閥直接連接，引導閥同

18、時產(chǎn)生位移并通過液壓放大器使主配壓閥活塞也產(chǎn)生相應的位移，主配壓閥因此向主接力器配油并使之移動，直到主接力器位置信號與電氣的信號數(shù)值相等為止。2主要技術參數(shù)PSW（S）T系列調速器的主要技術指標：* 額定輸入電壓： AC220V±10%、DC220V±10%或110V±10%* 調節(jié)規(guī)律： 補償PID* 測頻方式： 殘壓測頻或殘壓齒盤* 暫態(tài)轉差系數(shù)： bt = 3150 (調整分辨率1%)* 永態(tài)轉差系數(shù)： bp = 010 (調整分辨率1%)* 積分時間系數(shù)： Td = 220S (調整分辨率1S)* 加速度時間常數(shù)： Tn = 05S (調整分辨率0.1S)

19、* 頻率給定范圍： FG = 42.557.5Hz(調整分辨率0.01HZ)* 頻率死區(qū)范圍： FE = 03.0Hz (調整分辨率0.01HZ)* 功率死區(qū)范圍： PE = 05 (調整分辨率0.1)* 功率給定范圍： PG = 0120 （調整分辨率0.1）3主要調節(jié)性能指標：* 測頻分辨率 殘壓0.00083Hz，齒盤0.01 Hz* 靜特性轉速死區(qū) ix0.02 最大非線性度0.2%* 空載頻率擺動值 ±0.15 (即±0.075Hz)* 甩25%負荷，接力器不動時間 0.2s* 甩100%負荷，過渡過程超過3%額定轉速的波峰數(shù)N2，調節(jié)時間T 40s4輸入輸出信號

20、范圍：(1) 導葉反饋 Ya=0100%(010V、420mA)(2) 槳葉反饋 Pa=0100%(010V、420mA)(3) 開度給定 Yg=0100%(4) 功率給定 Pg=0%120%(5) 功率反饋 Pa=0100% (010V、420mA、04000數(shù)字量) (6) 頻率輸入 殘壓 0.2V110V， 齒盤 脈沖方波>12V(7) 占空比PWM范圍 5ms200ms(8) 最大PWM脈沖電流 2A(9) 比例閥控制信號 10V +10V(10)輸入開關量信號 無源接點(11)輸出開關量信號 容量為AC220V/5A或者DC24V/5A獨立無源接點二系統(tǒng)組成1電氣控制系統(tǒng)（機電

21、分柜模塊化結構設計電柜）PSW(S)T水輪機調速系統(tǒng)的電氣部分采用高性能法國施耐德MODICON TSX系列或者日本三菱FX2N、A系列可編程控制器PLC，可根據(jù)用戶要求配備成單機系統(tǒng)或雙機系統(tǒng)，電氣輸出具有步進電機、比例伺服閥、數(shù)字閥、伺服閥四種可兼容的輸出型式以及電氣導葉的電氣開度限制。電氣調節(jié)器采用可編程控制器PLC，可根據(jù)用戶要求配置單機或冗余雙機電氣控制系統(tǒng)，如果是雙機結構，那么兩套從輸入至輸出以及電源配置完全相同 , 相互完全獨立 。雙機間采用智能全容錯冗余熱備方式 ，在運行過程中，未參與控制的備用通道退出而不影響調速系統(tǒng)的正常工作，且退出的通道能進行停電檢修。兩套完全獨立的冗余系

22、統(tǒng)的運行方式為： 全容錯在線熱備，自動無擾切換 單機后備式運行，人為切換 采用的是一種歸零的系統(tǒng)結構，在穩(wěn)定運行或故障情況下自動復中零輸出。以保證在調速器內部發(fā)生故障時，不造成水輪機運行不穩(wěn)定和出力波動，在外部系統(tǒng)事故時，能保證機組安全停機。調速器具有遠方控制和現(xiàn)地控制功能，并有相應接點輸出，能與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)字信號、模擬信號以及開關輸入輸出信號的通訊和數(shù)據(jù)交換 。2.電氣核心部件調速器系統(tǒng)的電氣部分采用高性能的可編程控制器PLC，可根據(jù)用戶的要求選配，一般以法國施耐德MODICON TSX系列為主，有Quantum、Premium、Momentum 等。1).MODICON TSX

23、 Quantum(推薦方案Modicon TSX Quantum 140 CPU434)施耐德電氣公司推出的世界上第一個通用自動化平臺Quantum，是具有強大處理能力的大型控制系統(tǒng)，可以滿足大部分離散和過程控制的經(jīng)濟和靈活的硬件控制平臺。 CPU單元：可選586的控制器，單機支持超過300個回路和65000點I/O，背板總線速率高達80兆。 冗余熱備：提供包括CPU、電源、遠程I/O、工業(yè)控制網(wǎng)絡（Modbus Plus MB+）的冗余熱備解決方案。 I/O方式：本地I/O，遠程I/O、分布式I/O 。Interbus、ASCII、Lonworks、HART等接口模塊。 網(wǎng)絡和通訊：提供10

24、/100M自適應TCP/IP以太網(wǎng)接口模塊，支持光纖雙環(huán)冗余。同時支持通用的網(wǎng)絡設備，如: CISCO、Dlink、3COM、Hyes等。提供多種控制系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)的接口模塊，如：Profibus-DP、Interbus、ASCII、Lonworks、HART等接口模塊。所有I/O模塊均可帶電熱插拔；提供防爆的本質安全型模塊和符合美國軍標的表面涂敷涂層模板，能有效抵抗酸堿環(huán)境腐蝕；輸出模塊提供故障狀態(tài)預設置功能。2）.Modicon TSX PremiumModicon TSX Premium是施耐德電氣公司推出的下一代PLC，是將其在工業(yè)通訊方面的經(jīng)驗和最新的TCP/IP技術相結合的結果。具

25、有分布式結構。有熱備系統(tǒng)。CPU單元：面向中大型應用的高性能控制系統(tǒng)，單機可控制的I/O點數(shù)達2048點。 I/O方式：具有革命化的分布式結構-Bus X總線，支持多個控制器。 通訊方式：簡便且強大，TCP/IP以太網(wǎng)，Unitelway，Modbus，Modbus Plus，F(xiàn)IPWAY，F(xiàn)IPIO，AS-i，Interbus-s。 3). Momentum現(xiàn)場總線Momentum現(xiàn)場總線產(chǎn)品采用靈活的三明治結構 - CPU、通訊適配器、I/O模塊, 靈活的分布式現(xiàn)場總線產(chǎn)品，可連接于任何Modicon TSX系列控制器。提供8種CPU卡件，可靈活實現(xiàn)本地控制與遠程監(jiān)視的完美結合。 提供開放

26、的通訊連接，通訊適配器支持：Modbus Plus、Interbus、Profibus-DP、FIPIO、 ControlNet、DeviceNet、AS-i、TCP/IP以太網(wǎng)等。 提供多種符合工業(yè)現(xiàn)場信號規(guī)格的I/O模塊，包括：開關量I/O模塊、模擬量I/O模塊、混合I/O模塊等。 獨到的TCP/IP以太網(wǎng)模塊和先進的CPU技術提供高速的以太網(wǎng)I/O掃描器，確保工業(yè)實時性的要求，經(jīng)濟、可靠、靈活、方便地實現(xiàn)現(xiàn)場控制站的功能。3.編程環(huán)境 遵循國際IEC61131-3語言標準的所有語言。* Sequential Function Chart（順序功能流程圖）* Function Block

27、Diagram（功能塊圖）* Laddar Diagram（梯形圖）* Structured Text（結構式文本）* Instruction List（指令表）* 984梯形邏輯網(wǎng)絡能力每套電氣部分配備有一個MODBUS PLUS（MB+）端口或Ethernet和兩個MODBUS(MB)端口。MODBUS PLUS將高速對等通訊和簡易安裝有機結合在一起。典型應用：* 控制聯(lián)網(wǎng)與互鎖* 數(shù)據(jù)采集* 在線遠程編程* 程序上傳/下載* 與操作員接口相連接 MODBUS PLUS(MB+)特性：* 令牌傳遞網(wǎng)絡保證可預見的和確定的性能* 全局數(shù)據(jù)庫易于向所有網(wǎng)絡結點廣播數(shù)據(jù)* Peer Cop保證安

28、全的點對點通訊，無需編程* 所有網(wǎng)絡節(jié)點上的標準診斷程序和診斷LED可輕松完成排除網(wǎng)絡故障* 網(wǎng)橋允許將分離的MODBUS PLUS網(wǎng)絡連接在一起，使得實際上可連接的節(jié)點不受限制* 光纖中繼器與模板使網(wǎng)絡距離最大可達45，000feet（13.7km），而雙絞線中繼器距離最大只有6，000feet（1.8km）Ethernet特性：Ethernet是受到世界范圍支持的，TCP/IP是在Ethernet上使用的標準協(xié)議，是Internet網(wǎng)技術中的優(yōu)先協(xié)議。* 故障裝置更換允許任何故障裝置自動重新組態(tài)和進行網(wǎng)絡編址，在降低風險的同時提高了生產(chǎn)率* 對MODICON TSX系列可編程控制器進行編程

29、* 使標準的PC服務能夠用于簡單的集中式程序存檔。* 集成控制器和主機系統(tǒng)間的通訊。* 讓在工廠的Intranet網(wǎng)上，公司的WAN上，甚至在Internet網(wǎng)上與可編程控制器通訊。* 通過標準的PC瀏覽器，可以獲得系統(tǒng)狀態(tài)和診斷信息。* 方便制造廠家實現(xiàn)遠程維護。4通訊能力調速器具有Ethernet TCP/IP或MODBUS PLUS(MB+)以及MODBUS(MB) 接口，能方便地與西方絕大多數(shù)智能儀表連接，很方便地實現(xiàn)水電站計算機監(jiān)控。MB+接口是本地局域網(wǎng)絡的高速對等通訊網(wǎng)絡，任何一個具有MB+接口的設備可作為MODBUS+網(wǎng)絡上的一個接點，任何一個采用MB+接口的設備可對其它采用M

30、B+接口設備的數(shù)據(jù)進行直接查詢修改，使得計算機對調速器的數(shù)據(jù)采集和控制可以是多點查詢方式。而且具有如下優(yōu)點，通訊速度為1MB/秒，通訊方式為令牌傳遞形式，實現(xiàn)點對點及網(wǎng)絡廣播通訊方式，通訊介質為屏蔽雙絞線，可以通過編程軟件中的MSTR功能塊指令實現(xiàn)網(wǎng)絡上各節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換，每次掃描傳輸量最大為400個寄存的內容，通過執(zhí)行MSTR功能塊指令，就可完成MB+網(wǎng)絡的所有通訊功能。具有Ethernet TCP/IP 、Modbus plus(MB+)和Modbus(MB)通訊接口，能與電廠監(jiān)控系統(tǒng)形成網(wǎng)絡，調速器內部的運行和調節(jié)參數(shù)以及運行狀態(tài)可以通過網(wǎng)絡傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，也可以將網(wǎng)絡上其他設備的參數(shù)和

31、數(shù)據(jù)采集到調速器內（如功率、水位等），可以最大限度的減少硬件設備，達到共享資源的目的。調速系統(tǒng)具有與電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字量通訊和IO口兩種接口方式(即串行通訊口連接和常規(guī)的硬件連接)，與電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行通信，交換信息，接受電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控。即通過串口通訊接收電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的有功設置、水頭參數(shù)等各種操作調節(jié)指令及參數(shù)，同時調速系統(tǒng)通過串口通訊將調速器的內部參數(shù)如開關量、模擬量、故障信號與類型及其他的特殊要求等上送計算機監(jiān)控系統(tǒng)。調速系統(tǒng)的故障信號以電氣獨立接點輸出。無論是現(xiàn)地或遠方控制方式，調速系統(tǒng)均向計算機監(jiān)控系統(tǒng)提供技術規(guī)范所規(guī)定的調速系統(tǒng)有關的各種運行信息及轉速

32、、有功功率和導葉開度的設定值。調速系統(tǒng)（包括單、雙機調節(jié)器和油壓裝置控制PLC）能方便地實現(xiàn)以I/O口和數(shù)字通訊接口兩種方式與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行通訊，調速器優(yōu)先采用I/O通訊，當I/O通訊發(fā)生故障時（斷線、掉電），采用數(shù)字通訊口通訊實現(xiàn)信息交換。無論是現(xiàn)地及遠方控制方式調速系統(tǒng)均可以向電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)提供技術規(guī)范所規(guī)定的調速系統(tǒng)有關的各種運行信息。5.導葉位置傳感器導葉電氣反饋位置傳感器安裝在接力器或者接力器回復機構上。位置傳感器具有優(yōu)良的靜態(tài)和動態(tài)特性，不影響調速系統(tǒng)的總體特性要求和安全運行。具有良好防潮性，在環(huán)境溫度不超過40°C、相對濕度為95%的條件下，能長期持續(xù)而準確

33、可靠地工作，非線性度小于±0.5%，溫度漂移小于0.005%/°C。其傳感器的精度為0.1%，非線性度不大于0.2%。一旦反饋信號消失，調速器能保持當前的運行狀態(tài)，導葉開度或負荷維持不變。電氣反饋對應的行程輸出：010V(2路)或-20mA。導葉位置傳感器采用德國TURCK公司或美國MTS型直線位移傳感器，直線位移傳感器采用磁致伸縮的工作原理。導葉位置傳感器的輸出420mA, 供調速器用，并向電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)提供電氣上各自獨立的導葉模擬輸出信號（420mA），其輸出信號獨立不影響調速器安全運行。*工業(yè)標準，滿足或超過IP 67 和 NEMA 6標準*模擬量輸出 010V(

34、2路)或-20mA*非常長的使用壽命；電氣元件的平均無故障時間MTBF=195 x 10 6 小時*適用于惡劣工業(yè)環(huán)境*無磨損元件：檢測元件是非接觸性的*超級可重復性：典型的接力器全行程的 ±0.001% *輸出信號的線性度：高精度分辨率達 0.006inch/inch*極低的滯后死區(qū)：小于0.00001inch*較寬的有效測量范圍：2-142 英寸*密封的電子元件以防污染*防沖擊和震動*適用溫度范圍：-25 ºC to +80 ºC*輸出驅動卡短路保護*高達40伏的過壓保護6機械液壓系統(tǒng)（推薦方案為武漢三聯(lián)公司的機械液壓系統(tǒng)，也可以按招標文件的要求主配壓閥局部或

35、者全部進口機械液壓系統(tǒng)，進口部分選用美國GE公司的產(chǎn)品）1）結構說明機械部分主要包括倆套互為熱備用的電液轉換機構、機械手動操作機構、自動復中裝置、主配壓閥、緊急停機電磁閥等組成無明管、無杠桿、靜態(tài)無油耗、切換無擾動、直連結構型的機械液壓隨動系統(tǒng)。機械部分由比例伺服閥數(shù)字閥機械手動組成機械冗余結構。比例伺服閥以及數(shù)字閥都起電液轉換作用，將電氣信號變成接力器行程，當比例伺服閥轉換器作為主用時，數(shù)字閥轉換器作為備用，也可以作為機械手動。當數(shù)字閥作為主用時，比例伺服閥轉換器作為備用，若電氣控制部分檢測到作為主用的電液轉換環(huán)節(jié)出現(xiàn)卡阻拒動時，電氣部分將自動切換到另一路電液轉換環(huán)節(jié)。隨著液壓技術的發(fā)展，高

36、速數(shù)字球閥成為近年來液壓傳動領域中發(fā)展起來的一個新的液壓元件，它具有工作壓力高，密封性能好，換向頻率高（3ms），可靠性高，壽命長。它采用鋼球線接觸形式密封，抗油污和防卡能力強它是一般先導控制和小功率液壓控制回路最理想的元件。因此用它作為前置級控制的調速器機械液壓系統(tǒng)由三聯(lián)公司在98年率先推出，并已獲得國家專利，它采用非線搭疊窗口和脈沖補償?shù)慕Y構，無油壓沖擊，動作平穩(wěn)可靠。采用全數(shù)字高速電子球閥組成機械液壓系統(tǒng)的手動或者自動的前置級，高速電子球閥可實現(xiàn)手動調節(jié)和自動控制。其速動性好、機械防卡性能好、對油質要求低、油過濾>140，靜態(tài)無油耗、無機械零位調整和飄移。性能可靠、死區(qū)小、靈敏度高

37、、安裝調試方便、免維護。將比例閥伺服閥與高速數(shù)字球閥容于一體，它的最大特點就是實現(xiàn)了機械液壓系統(tǒng)前置級的冗余容錯控制，兩者間可互為手、自動，一般調速器的機械液壓系統(tǒng)普遍采用自動運行方式和手動運行方式。而機械手動一般用在電氣事故、停電、電液轉換環(huán)節(jié)故障、試驗、大修后第一次開機等工況，使用率非常低，而且需要人為監(jiān)護操作，難以準確定位，操作很不方便。所以我們將機械手動改為數(shù)字球閥來實現(xiàn)開、關機操作，它不但可以用高速數(shù)字球閥上的手動按鈕實現(xiàn)人為操作，也可以用電流信號來進行自動控制，以及遠方操作，實際上它也是一個電液轉換環(huán)節(jié)。2）電液轉換環(huán)節(jié)主要性能滿足本技術規(guī)范要求中的調速系統(tǒng)性能指標要求，具有良好的

38、抗油污能力。（1） 德國BOSCH比例伺服閥， 德國HAWE高速數(shù)字球閥， 工作電源；DC24V 1.2A。滯環(huán) <0.2%重復性 <0.1%階躍信號調節(jié)時間<10ms響應頻寬2070Hz（2）機械部分具有以下幾種操作方式：比例閥伺服閥自動，高速數(shù)字球閥為備用方式當電氣檢測到比例閥伺服閥電轉出現(xiàn)故障，包括斷線、控制環(huán)節(jié)故障等，自動將數(shù)字球閥作為自動方式運行。高速數(shù)字球閥自動，比例閥伺服閥備用方式當電氣檢測到數(shù)字球閥出現(xiàn)故障，包括斷線、控制環(huán)節(jié)故障等，自動將比例閥伺服閥作為自動方式運行，數(shù)字球閥作為備用運行方式。（3）機械手動方式由高速數(shù)字球閥上的手動操作按鈕構成的機械手動滿足

39、黑啟動和黑操作的手動運行要求。因此這種冗余容錯的機械液壓系統(tǒng)將傳統(tǒng)的機械手動操作賦予一個全新的概念和功能，實現(xiàn)了引導閥的位移控制和流量控制(比例閥伺服閥是位移控制，數(shù)字球閥是流量控制)，兩者之間既可人為選擇，也可由電氣自動切換。PSW（S）T調速器額定工作油壓為2.5 Mpa 、4.0 Mpa 、6.3Mpa，導葉接力器的全關和全開時間3100s范圍內獨立可調。并采用雙螺母互鎖和兩螺釘固定的方式鎖錠接力器開啟和關閉時間的整定值，安全可靠，一經(jīng)調定不會改變。3）主配壓閥 開、關時間的整定方便可靠，具有鎖定功能，一經(jīng)整定后，不會因運行中的振動或人為過失而變動。對接力器開、關時間的整定滿足水輪機過渡

40、過程調保計算結果的要求，在任何情況下導葉動作速度不超出整定后的最大容許值。主配壓閥組中各液壓元件及油路采用組合式集成結構，不發(fā)卡和漏油。主配壓閥直徑為80mm-250mm動作靈活、可靠、導向性能好，360度旋轉、上、中下動作靈活，無任何卡絆現(xiàn)象，側蓋旁路回油，通油能力強，能有效地控制油流。滿足開、關接力器時間的要求。 主配壓閥為鍛件加工件是一種液壓功率放大環(huán)節(jié)，它具有操作力大（上百噸），幾乎所有廠家的主配壓閥都可以長時間（幾十年）穩(wěn)定運行，從幾百臺調速器的運行經(jīng)驗和不斷的改進，它已經(jīng)是一個非常成熟的部件，從未出現(xiàn)過發(fā)卡和拒動現(xiàn)象。我們采用的主配壓閥為整體加工件，閥體和活塞的材料均為優(yōu)質合金鋼2

41、0CrMo，粗加工后進行高溫時效處理（消除心部應力，提高切削性能），半精加工后進行滲碳、淬火處理（提高表面硬度和耐磨性），最后進行精加工和表面防銹處理或手動研磨。這樣加工出的零件既具有好的心部韌性，又有高的表面硬度和耐磨性，表面洛氏硬度處理可達HRC:60-64度。主配壓閥加工精度高，無泄漏，外形美觀，耐磨損、抗油污。第四章BW(S)T步進式水輪機調速器一慨述BW(S)T步進式水輪機調速器適用于大中型混流式、軸流式、貫流式水輪發(fā)電機組的自動調節(jié)與控制。本系列調速器的額定工作油壓為2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa，主配壓閥直徑為80mm、100mm、150mm、200mm、250 mm。

42、它能使水輪發(fā)電機組在各種工況下穩(wěn)定運行，可實現(xiàn)機組的自動或手動開、停機，并網(wǎng)運行，調節(jié)機組負荷，事故緊急停機等。BW(S)T步進式水輪機調速器具備自動、電手動和機械手動三種操作方式。調速器具有速度與加速度檢測、轉速控制、開度控制、功率控制、電力系統(tǒng)頻率自動跟蹤、快速同步、導葉電氣開限、參數(shù)自適應、在線自診斷、容錯及故障處理、故障濾波等功能。調速器能現(xiàn)地和遠方進行機組的手/自動開停機和緊急停機；能以數(shù)字量通訊和開關量接點兩種形式接收電廠監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，并向電站監(jiān)控系統(tǒng)實時傳遞調速系統(tǒng)有關信息。調速器系統(tǒng)的電氣部分采用高性能法國施耐德MODICON TSX系列或者日本三菱FX2N、A系列可編程

43、控制器PLC，一般為單機系統(tǒng)，但是可根據(jù)用戶要求配備成雙機系統(tǒng)，雙機之間的通訊采用NB+或Ethernet。電氣輸出具有步進電機、比例伺服閥、數(shù)字閥、伺服閥四種可兼容的輸出型式。機械部分主要包括無油電位移轉換機構、機械手動操作機構、引導閥、主配壓閥、緊急停機電磁閥組成無明管、靜態(tài)無油耗的PWM脈寬控制型式。根據(jù)用戶要求可以配置機械液壓傳動的導葉分段關閉裝置，分段關閉裝置采用三聯(lián)公司的專利產(chǎn)品：DX-1型 (專利號：ZL 00 2 32366.4)1型號BWT型為單調節(jié)型。只有導葉調整部分,BW(S)T型為雙重調節(jié)型，具有導葉調整和槳葉調整兩部分，二者之間由電氣協(xié)聯(lián)。機械部分不設協(xié)聯(lián)裝置，二者原

44、理和結構基本相同。其中導葉調整部分具有緊急停機裝置，并可根據(jù)用戶要求提供分段關閉裝置。而槳葉調整部分沒有緊急停機裝置和分段關閉裝置。其工作原理如下： 電信號與接力器位置反饋信號在綜合放大器內比較并放大，輸出PWM信號，步進電轉旋轉的角度使?jié)L珠絲桿付產(chǎn)生與其成比例的位移，由于電液轉換器與引導閥直接連接，引導閥同時產(chǎn)生位移并通過液壓放大器使主配壓閥活塞也產(chǎn)生相應的位移，主配壓閥因此向主接力器配油并使之移動，直到主接力器位置信號與電氣的信號數(shù)值相等為止。2主要技術參數(shù)BW(S)T系列調速器的主要技術指標：* 額定輸入電壓： AC220V±10%、DC220V±10%或110V&#

45、177;10%* 調節(jié)規(guī)律： 補償PID* 測頻方式： 殘壓測頻或殘壓* 暫態(tài)轉差系數(shù)： bt = 3150 (調整分辨率1%)* 永態(tài)轉差系數(shù)： bp = 010 (調整分辨率1%)* 積分時間系數(shù)： Td = 220S (調整分辨率1S)* 加速度時間常數(shù)： Tn = 05S (調整分辨率0.1S)* 頻率給定范圍： FG = 42.557.5Hz(調整分辨率0.01HZ)* 頻率死區(qū)范圍： FE = 03.0Hz (調整分辨率0.01HZ)* 功率死區(qū)范圍： PE = 05 (調整分辨率0.1)* 功率給定范圍： PG = 0120 （調整分辨率0.1)3主要調節(jié)性能指標* 測頻分辨率

46、殘壓0.00083Hz，齒盤0.01 Hz* 靜特性轉速死區(qū) ix0.02 最大非線性度0.2%* 空載頻率擺動值 ±0.15 (即±0.075Hz)* 甩25%負荷，接力器不動時間 0.2s* 甩100%負荷，過渡過程超過3%額定轉速的波峰數(shù)N2，調節(jié)時間T 40s4輸入輸出信號范圍(1) 導葉反饋 Ya=0100%(010V、420mA)(2) 槳葉反饋 Pa=0100%(010V、420mA)(3) 開度給定 Yg=0100%(4) 功率給定 Pg=0%120%(5) 功率反饋 Pa=0100% (010V、420mA、04000數(shù)字量) (6) 頻率輸入 殘壓 0.

47、2V110V， 齒盤 脈沖方波>12V(7) 占空比PWM范圍 5ms200ms(8) 最大PWM脈沖電流 3A(9) 輸入開關量信號 無源接點(10)輸出開關量信號 容量為AC220V/5A或者DC24V/5A獨立無源接點二系統(tǒng)組成1電氣控制系統(tǒng)BW(S)T水輪機調速系統(tǒng)的電氣部分采用高性能法國施耐德MODICON TSX系列或者日本三菱FX2N、A系列可編程控制器PLC，可根據(jù)用戶要求配備成單機系統(tǒng)或雙機系統(tǒng)，電氣輸出具有步進電機、比例伺服閥、數(shù)字閥、伺服閥四種可兼容的輸出型式以及電氣導葉的電氣開度限制。電氣調節(jié)器采用可編程控制器PLC，可根據(jù)用戶要求配置單機或冗余雙機電氣控制系統(tǒng)，

48、如果是雙機結構，那么兩套從輸入至輸出以及電源配置完全相同 , 相互完全獨立 。雙機間采用智能全容錯冗余熱備方式 ，在運行過程中，未參與控制的備用通道退出而不影響調速系統(tǒng)的正常工作，且退出的通道能進行停電檢修。兩套完全獨立的冗余系統(tǒng)的運行方式為： 全容錯在線熱備，自動無擾切換 單機后備式運行，人為切換 采用的是一種歸零的系統(tǒng)結構，在穩(wěn)定運行或故障情況下自動復中零輸出。以保證在調速器內部發(fā)生故障時，不造成水輪機運行不穩(wěn)定和出力波動，在外部系統(tǒng)事故時，能保證機組安全停機。調速器具有遠方控制和現(xiàn)地控制功能，并有相應接點輸出，能與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)字信號、模擬信號以及開關輸入輸出信號的通訊和數(shù)據(jù)交

49、換 。2機械液壓系統(tǒng)1）結構說明機械部分主要包括電轉機構、機械手動操作機構、引導閥、主配壓閥、緊急停機電磁閥等組成無明管、無杠桿、靜態(tài)無油耗、切換無擾動、直連結構型的機械液壓隨動系統(tǒng)。2）無油單彈簧自復中電-位移轉換器電-位移轉換器是水電站調速器中聯(lián)接電氣部分和機械液壓部分的關鍵元件。將電機的轉矩和轉角轉換成為具有一定操作力的位移輸出，并具有斷電自動復中回零的功能。它的作用是將調節(jié)器電氣部分輸出的綜合電氣信號轉換成具有一定操作力和位移量的機械位移信號，從而驅動末級液壓放大系統(tǒng)，完成對水輪發(fā)電機組進行調節(jié)的任務。該裝置包括筒體，與筒體連接的電機，電機軸通過連結裝置與滾珠絲桿副穿入筒體中，滾珠絲桿

50、通過絲桿螺母與聯(lián)結套連接。聯(lián)結套穿過兩彼此分開的具有一段行程的彈簧套，復中彈簧設在彈簧套中，筒體設有兩彈簧套的限位裝置。電一位移轉換過程由純機械傳動完成，滾珠絲桿運動靈活、可靠、摩擦阻力小，并且能可逆運行。傳動部分無液壓件，無油耗。采用彈簧力直接作用在高精度大導程滾珠絲桿上，當電源消失后,能迅速使聯(lián)接套回到中位,使與之相連的主配引導閥自動準確回復到中間位置,保持接力器在原開度位置不變。復中機構僅為一根彈簧, 結構簡單,動作可靠,調節(jié)維護方便。3)步進電機與驅動器(1）連線驅動器與步進電機的連線必須按圖接好，線的顏色不能接錯。(2）. 驅動器供電驅動器的供電電源為24V,電流為3A，當驅動器的供

51、電電源消失后，步進電機處于自由狀態(tài)，復中彈簧張力作用于上、下彈簧套限位復中。這時，可以人為操作電機上的手柄來控制機組接力器的開、關。(3)電機的控制由調速器電氣系統(tǒng)輸出高、低電平開關信號到驅動器的正轉/反轉端，使步進電機正、反方向的旋轉控制接力器的開或關。輸出脈寬調制信號占空比PWM到驅動器的停止/運行端，控制步進電機的旋轉角度來調節(jié)接力器的速度。驅動器的速度控制端加一恒定的電壓2V-3.5V控制步進電機的最高轉速。(4）驅動器的調整調整驅動電流的撥碼開關出廠已經(jīng)調好不需要調整。* 運行電流：順時針逐漸增大，決定步進電機旋轉時的扭力，一般調到8刻度左右。* 停止電流：順時針逐漸增大，決定步進電

52、機停止時的扭力，一般調到8刻度左右。* 高速：順時針逐漸增大，決定步進電機的高速特性，一般調到4刻度左右。* 低速：順時針逐漸增大，決定步進電機的低速特性，一般調到4刻度左右。* 響應時間(轉速上升到額定值的時間)：順時針逐漸增大，決定步進電機由靜止到額定轉速的時間，一般調到24刻度。在穩(wěn)態(tài)接力器不動的工況下，微調驅動器低速及響應時間電位器使得步進電機上的操作手柄有明顯的微微顫動，以克服機械響應的滯后和死區(qū)。4）. 無油單彈簧自復中電-位移轉換器工作原理電-位移轉換器由純機械傳動完成，滾珠絲桿運動靈活、可靠、磨擦阻力小，并且可以逆運行。結構簡單，不耗油。復中機構為一根彈簧，結構簡單，動作可靠，調節(jié)維護方便。選用日本SANYO公司步進電機、日本RORZE公司驅動器、電機位置傳感器及優(yōu)質滾珠絲桿副。其性能優(yōu)良，可靠性高。電-位移轉換器是現(xiàn)代水電站電液調速器中聯(lián)接電氣部分和機械液壓部分的關鍵元件。它的作用是將調節(jié)器電氣部分輸出的綜合