葛洲壩電廠調(diào)速系統(tǒng)介紹

1、葛洲壩電廠調(diào)速系統(tǒng)介紹葛洲壩電廠調(diào)速系統(tǒng)介紹2005年10月11日一、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本知識(shí)一、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本知識(shí)1、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)節(jié) 水輪機(jī)是一種以水為介質(zhì)的動(dòng)力機(jī)械，與其他動(dòng)力機(jī)械相比，它具有高效、成本低、能源可再生、環(huán)保便于利用等優(yōu)點(diǎn)。水輪發(fā)電機(jī)組就是水輪機(jī)將水體的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，通過(guò)主軸傳遞能量，主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在定子內(nèi)感應(yīng)出電勢(shì)，帶上外負(fù)荷后便有電流輸出。而“水輪機(jī)調(diào)節(jié)”就是指對(duì)構(gòu)成水輪發(fā)電機(jī)組的水輪機(jī)的調(diào)節(jié)。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的主要目的水輪機(jī)調(diào)節(jié)的主要目的 從發(fā)電到用電是由發(fā)電機(jī)輸出的功率，經(jīng)輸配電網(wǎng)絡(luò)，送至用戶的，電網(wǎng)本身既不能產(chǎn)

2、生電能也不能貯存電能，因此發(fā)電機(jī)送給用戶的電能是隨發(fā)隨用的，發(fā)電和用電之間有著互相影響的關(guān)系。電力系統(tǒng)中的用戶負(fù)荷不是固定不變的，用戶負(fù)荷的不斷變化引起電網(wǎng)頻率的升高或降低，發(fā)電機(jī)的頻率（轉(zhuǎn)速）也隨之變 化，用戶在用電過(guò)程中除要求供電可靠外，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量也有十分嚴(yán)格的要求。 按我國(guó)電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50赫茲，大電網(wǎng)允許頻率偏差為0.2Hz，允許電壓偏差不得超過(guò)0.2 。對(duì)我國(guó)的中小電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)有時(shí)會(huì)達(dá)到其總?cè)萘康?10；而且即使是大的電力系統(tǒng)其符合波動(dòng)也往往會(huì)達(dá)到其總?cè)萘康?3。電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷變化，導(dǎo)致了系統(tǒng)頻率的波動(dòng)。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的主要目的就是使參與調(diào)節(jié)的水輪發(fā)電

3、機(jī)組，能及時(shí)的適應(yīng)用戶負(fù)荷的不斷變化，調(diào)節(jié)其輸出功率，使電網(wǎng)頻率和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常，保證供電質(zhì)量。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)就是按照用戶符合變化所引起水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速或頻率變化的偏差，通過(guò)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度，使發(fā)電機(jī)的輸出功率和頻率滿足用戶的要求。2、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的途徑和方法 水輪機(jī)出力的計(jì)算公式為水輪機(jī)出力的計(jì)算公式為： Nx=rQH 考慮到水輪機(jī)的水力和機(jī)械損失，水輪機(jī)的出力也可表示為： N=rQH 上述式中：N水輪機(jī)出力 r水的比重（1000公斤/立方米） H水輪機(jī)的工作水頭（米） Q通過(guò)水輪機(jī)的流量（立方米/秒） 水輪機(jī)的效率（） 式中

4、水輪機(jī)出力的單位為公斤.米/秒，稱為功率。但是在工程水輪機(jī)或發(fā)電機(jī)的出力通常用千瓦作為計(jì)算單位。1千瓦等于102公斤.米/秒，所以水輪機(jī)出力公式又可以寫成： N=rQH/1021000rQH/102=9.81QH千瓦 合理的水輪機(jī)調(diào)節(jié)途徑合理的水輪機(jī)調(diào)節(jié)途徑 水的比重一般可以認(rèn)為不變的；對(duì)于一個(gè)已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的水輪發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，其效率一般使固定不變的，水頭的改變不僅受到客觀條件的限制、技術(shù)處理上也比較困難，而且不經(jīng)濟(jì)，因此在技術(shù)合理改變進(jìn)入水輪機(jī)的流量Q就是調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)節(jié)的合理途徑。 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的方法水輪機(jī)調(diào)節(jié)的方法 水輪機(jī)調(diào)節(jié)的方法就是利用調(diào)速器控制水輪機(jī)導(dǎo)葉的開(kāi)度，改變進(jìn)入水輪機(jī)的流量。 3

5、 3、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由水輪機(jī)控制設(shè)備（系統(tǒng)）和被控制系統(tǒng)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。其組成框圖如下所示：引水和泄水 系 統(tǒng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)電 網(wǎng)測(cè)量元件執(zhí)行機(jī)構(gòu) 放大校正元件給定元件 反饋元件4、水輪機(jī)調(diào)速器、水輪機(jī)調(diào)速器 水輪機(jī)調(diào)速器水輪機(jī)調(diào)速器 水輪機(jī)調(diào)速器就是由實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)及相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)和指示儀表等組成的一個(gè)或幾個(gè)裝置的總稱。 水輪機(jī)調(diào)速器的組成水輪機(jī)調(diào)速器的組成 水輪機(jī)調(diào)速器主要有測(cè)量單元、放大校正單元、反饋單元、給定元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。 水輪機(jī)調(diào)速器的基本功用水輪機(jī)調(diào)速器的基本功用 水輪機(jī)調(diào)速器水電站水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的重要輔助設(shè)備。 調(diào)速器與電站二次回路和

6、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、增減負(fù)荷、緊急停機(jī)等任務(wù)。 水輪機(jī)調(diào)速器還可以與其他裝置一起完成自動(dòng)發(fā)電控制、成組控制、按水位調(diào)節(jié)等任務(wù)。5 5、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)、水輪機(jī)調(diào)節(jié)的特點(diǎn) 水輪機(jī)調(diào)節(jié)是隨著電力生產(chǎn)和自動(dòng)調(diào)節(jié)理論的發(fā)展而逐步形成的一門科學(xué)。水輪機(jī)調(diào)節(jié)除具有一般自動(dòng)調(diào)節(jié)的特征外，還具有如下值得注意的特點(diǎn)： 水輪機(jī)控制設(shè)備是通過(guò)水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和漿葉機(jī)械來(lái)調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量及其流態(tài)的，與同樣功率的汽輪機(jī)相比，其所需要的工作能力要大的多，因此即使是中小型調(diào)速器也大多要采用機(jī)械液壓執(zhí)行結(jié)構(gòu)，而且常常有一級(jí)或二級(jí)液壓放大的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)； 由于水流存在著較大的水流慣性，這種慣性不僅阻

7、止調(diào)節(jié)中需要的水流速度的迅速改變，而且在水系中引起水錘效應(yīng)，產(chǎn)生與調(diào)節(jié)相反的作用，從而惡化調(diào)節(jié)過(guò)程，使水輪機(jī)調(diào)節(jié)變得較為復(fù)雜。所以現(xiàn)代水輪機(jī)的調(diào)速器均設(shè)有增強(qiáng)穩(wěn)定的校正元件，以提高水輪機(jī)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性； 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的、非線性控制系統(tǒng)； 調(diào)節(jié)對(duì)象水輪機(jī)型式多種多樣（混流式、軸流定槳式、軸流轉(zhuǎn)槳式、貫流式、沖擊式等等）； 水輪機(jī)特性式非線性的； 由于水輪發(fā)電機(jī)組有多種工作狀態(tài)：機(jī)組開(kāi)機(jī)、機(jī)組停機(jī)、同期并網(wǎng)和從電網(wǎng)解列后的空載、孤立電網(wǎng)運(yùn)行等等，所以水輪機(jī)調(diào)速器應(yīng)具有多種自動(dòng)操作和控制的能力。6 6、水輪機(jī)調(diào)速器分類、水輪機(jī)調(diào)速器分類 水輪機(jī)調(diào)速器是水輪機(jī)控制的主體，它可以分為機(jī)械液壓調(diào)

8、速器、電氣液壓調(diào)速器和數(shù)字式電液調(diào)速器等，數(shù)字式電液調(diào)速器通常又稱為微機(jī)調(diào)速器。 機(jī)械液壓調(diào)速器機(jī)械液壓調(diào)速器 機(jī)械液壓調(diào)速器的定義 測(cè)速、穩(wěn)定及反饋信號(hào)用機(jī)械液壓的方法產(chǎn)生，經(jīng)機(jī)械液壓綜合后通過(guò)液壓放大部分驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)接力器的調(diào)速器，稱為機(jī)械液壓調(diào)速器。 機(jī)械液壓調(diào)速器概述 最早的水輪機(jī)調(diào)速器都是機(jī)械液壓式的，它是隨著電力建設(shè)發(fā)展而在20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的。它能滿足帶孤立負(fù)荷和中小型電網(wǎng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)的需要，有較好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，可靠性較高，但是，面臨大機(jī)組、大電網(wǎng)提出的高靈敏度、高性能和便于實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化等要求，機(jī)械液壓調(diào)速器固有的采用機(jī)械液壓方法進(jìn)行測(cè)量、信號(hào)綜合和穩(wěn)定調(diào)節(jié)的功

9、能就顯露出明顯的缺陷。現(xiàn)在，新建的大型水輪發(fā)電機(jī)組幾乎均不采用機(jī)械液壓調(diào)速器，只有中小型機(jī)組特別是小型機(jī)組仍有一部分才用機(jī)械液壓調(diào)速器。 典型機(jī)械液壓調(diào)速器結(jié)構(gòu)方框圖I飛擺機(jī)組轉(zhuǎn)速1Ty1S1TyS1引導(dǎo)閥輔助接力器主配壓閥 主接力器bp永態(tài)差值裝置1TdSbtTdS緩沖裝置yI轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu) 主接力器反饋、取速度信號(hào)、有暫態(tài)反饋的PI調(diào)速器 機(jī)械液壓調(diào)速器的結(jié)構(gòu)種類較多，下面是兩種典型的機(jī)械液壓調(diào)速器結(jié)構(gòu)方框圖。 中間接力器反饋、取轉(zhuǎn)速信號(hào)、有暫態(tài)反饋的PI調(diào)速器I飛擺機(jī)組轉(zhuǎn)速TyS1引導(dǎo)閥輔助接力器主配壓閥主接力器bp永態(tài)差值裝置1TdSbtTdS緩沖裝置I轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)TyS1I機(jī)械反饋機(jī)械

10、反饋Ty1 輔助接力器或中間接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)（s)； Ty 主接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)（s)； bp 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)（或永態(tài)差值系數(shù)）； bt 暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)（或暫態(tài)差值系數(shù)）； Td 緩沖裝置時(shí)間常數(shù)（s)； S 拉普拉斯算子。電氣液壓調(diào)速器電氣液壓調(diào)速器 電氣液壓調(diào)速器定義 測(cè)速、穩(wěn)定及反饋信號(hào)用電氣方法產(chǎn)生，經(jīng)電氣綜合、放大后，通過(guò)電氣液壓放大部分驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)接力器的的調(diào)速器，稱為電氣液壓調(diào)速器。 電氣液壓調(diào)速器概述 20世紀(jì)50年代后是電氣液壓調(diào)速器迅速發(fā)展時(shí)期，電氣液壓調(diào)速器獲得了廣泛的應(yīng)用。從采用的元件來(lái)看，它又經(jīng)歷了電子管、晶體管、集成電路運(yùn)算放大器三個(gè)發(fā)展階段。但是電氣液壓調(diào)速器既所謂的

11、電調(diào)實(shí)際上就是機(jī)械調(diào)速器的翻版，其控制部分沒(méi)有根本的變化。 20世紀(jì)80年代以前，電子器件的快速發(fā)展已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，由集成電路模擬式器件已經(jīng)發(fā)展到了微機(jī)數(shù)字式器件，出現(xiàn)了不同檔次、不同功能、不同性質(zhì)指標(biāo)的微機(jī)電路板來(lái)作為半成品出現(xiàn)，為各種工業(yè)產(chǎn)品應(yīng)用數(shù)字技術(shù)創(chuàng)造了條件，現(xiàn)在很少有生產(chǎn)電氣液壓調(diào)速器的廠家了。 典型的電氣液壓調(diào)速器結(jié)構(gòu)方框圖頻率測(cè)量及加速度環(huán)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速Ty1S1 放大環(huán)節(jié) 電液轉(zhuǎn)換器中間接力器主配壓閥主接力器bp永態(tài)差值裝置1TdSbtTdS電氣緩沖裝置I頻率給定TyS1I機(jī)械反饋1+T1yS1+TnS電氣反饋 電氣液壓調(diào)速器與機(jī)械液壓調(diào)速器比較 比較機(jī)械液壓調(diào)速器和電液壓調(diào)速

12、器的機(jī)構(gòu)方框圖不難看出，它們有相同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，僅僅是用下列電氣環(huán)節(jié)取代了相應(yīng)的機(jī)械液壓環(huán)節(jié)：a. 電氣頻率測(cè)量環(huán)節(jié)取代飛擺測(cè)速裝置；b. 電氣頻率給定環(huán)節(jié)取代轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)；c. 放大環(huán)節(jié)和電液轉(zhuǎn)換器完成電氣信號(hào)至機(jī)械液壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換；d. 電氣永態(tài)差值環(huán)節(jié)取代機(jī)械永態(tài)轉(zhuǎn)差裝置；e. 電氣緩沖環(huán)節(jié)取代機(jī)械液壓緩沖裝置；f. 由中間接力器引出電氣反饋取代由中間接力器引出的機(jī)械反饋。 數(shù)字式電液調(diào)速器概述 數(shù)字式微機(jī)型電液調(diào)速器絕大部分功能是由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的，硬件只是為軟件功能提供一個(gè)基礎(chǔ)環(huán)境，由于計(jì)算機(jī)本身具有數(shù)字計(jì)算和邏輯判斷功能，致使可以在微機(jī)調(diào)速器里開(kāi)發(fā)出模擬式調(diào)速器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的某些嶄新的功能

13、，而且還使現(xiàn)代控制理論在調(diào)速器中的應(yīng)用成為可能，隨著微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)的發(fā)展，水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器功能將會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展。 與微機(jī)調(diào)節(jié)器的迅速發(fā)展和應(yīng)用同步，水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的電機(jī)轉(zhuǎn)換裝置也有原來(lái)的單一的電液轉(zhuǎn)換器和電液伺服閥，發(fā)展成為步進(jìn)電機(jī)/伺服電機(jī)構(gòu)成的電液轉(zhuǎn)換裝置。 數(shù)字微機(jī)式電液調(diào)速器與電氣液壓調(diào)速器比較 與模擬式電液調(diào)速器相比，有一個(gè)顯著的特點(diǎn)式微機(jī)型調(diào)速器功能齊全而且硬件設(shè)備較少，硬件質(zhì)量、工藝水平和可靠性較高。 數(shù)字式電液調(diào)速器數(shù)字式電液調(diào)速器IKp1+T1vSKDSK1SbpIIII1TYS機(jī)組比例微分積分頻率頻率給定開(kāi)度給定數(shù)模轉(zhuǎn)換電液隨動(dòng)系統(tǒng)電氣反

14、饋fgfsycfyyf 一種微機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)方框圖 fg 機(jī)組頻率測(cè)量值（Hz) fc 頻率給定值（Hz) Yc 開(kāi)度給定相對(duì)值 Kp 比例增益（或比例系數(shù)） KD 微分增益（或微分系數(shù)） （s) Ki 積分增益（或積分系數(shù)） (1/s ) T1y 微分環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)（s)二、葛洲壩電廠調(diào)速器介紹二、葛洲壩電廠調(diào)速器介紹1、葛洲壩電廠調(diào)速器類型葛洲壩電廠調(diào)速器類型 葛洲壩電廠有21臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)調(diào)速器為 葛洲壩電廠有21臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)調(diào)速器為雙調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器既具有兩個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的水輪機(jī)調(diào)速器。 機(jī)組運(yùn)行的最優(yōu)效率工況式取決于導(dǎo)葉開(kāi)度和輪葉角度得配合關(guān)系，因?yàn)檫@

15、類水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩除與導(dǎo)葉有關(guān)外，輪葉角度也是確定水輪機(jī)動(dòng)力矩的因素。水輪機(jī)在不同的穩(wěn)定工況時(shí)，輪葉應(yīng)該按照導(dǎo)葉開(kāi)度改變自己的角度，形成合理的組合關(guān)系，才可以獲得較好的效率工礦。 從葛洲壩電廠現(xiàn)有的21臺(tái)數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器的主要控制核心部件來(lái)來(lái)，葛洲壩電廠調(diào)速器可以分為三類，具體類型如下所示： 葛洲壩電廠葛洲壩電廠3F3F7F7F SJ-721A雙微機(jī)水輪機(jī)調(diào)速器 ，采用美國(guó)英特公司生產(chǎn)的Isbc88/25單板機(jī)微型計(jì)算機(jī)為控制核心，準(zhǔn)16位。 SJ-721A雙微機(jī)水輪機(jī)調(diào)速器由南瑞集團(tuán)電控所生產(chǎn)。 葛洲壩電廠葛洲壩電廠19F19F PCC智能雙重調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器 ，采用B&R公司的2

16、500系列的可編程計(jì)算機(jī)控制器作為控制的硬件平臺(tái)，PCC主機(jī)采用高性能的32位RISC精簡(jiǎn)指令集CPU。 PCC智能雙重調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器具有完全相同的兩套控制系統(tǒng)。 PCC智能雙重調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器宜昌能達(dá)公司生產(chǎn)。 葛洲壩電廠葛洲壩電廠1F1F、2F2F、8F8F18F,20F18F,20F、21F21F WBST-A（Q)型可編程步進(jìn)電機(jī)式水輪機(jī)調(diào)速器，采用日本三菱公司的A系列或Q系列可編程控制器（PLC）作為控制的硬件平，成功的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)取代電液轉(zhuǎn)換器，取消了傳統(tǒng)的電-液伺服系統(tǒng)，克服了模擬放大電路存在的各種問(wèn)題，特別是取消了電液轉(zhuǎn)換器，消除了由于電液轉(zhuǎn)換器引起的一系列問(wèn)題。WBST-A

17、（Q)型可編程步進(jìn)電機(jī)式水輪機(jī)調(diào)速器是單系統(tǒng)。 WBST-A（Q)型可編程步進(jìn)電機(jī)式水輪機(jī)調(diào)速器由宜昌能達(dá)公司生產(chǎn)。2、可編程步進(jìn)式雙調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器 概述概述 可編程步進(jìn)式雙調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器由步進(jìn)式電-位移伺服系統(tǒng)，帶動(dòng)液壓隨動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪機(jī)控制。 步進(jìn)式電-位移控制系統(tǒng)采用可編程控制器-步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)器-步進(jìn)電機(jī)-絲杠-位移傳感器的結(jié)構(gòu)形式。 液壓隨動(dòng)系統(tǒng)采用引導(dǎo)閥-輔助接力器-主配壓閥-主接力器-機(jī)械反饋的結(jié)構(gòu)形式。 可編程步進(jìn)式雙調(diào)節(jié)水輪機(jī)調(diào)速器采用三菱公司PLC的可編程控制器作為控制的硬件平臺(tái)。由于步進(jìn)電機(jī)成功的應(yīng)用，取消了傳統(tǒng)的電-液伺服系統(tǒng)，克服了模擬放大電路存在的各種問(wèn)題，特別

18、是取消了電液轉(zhuǎn)換器，消除了由于電液轉(zhuǎn)換器引起的一系列問(wèn)題 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 獨(dú)特的變速控制方式，具有自動(dòng)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)失步等故障診斷處理功能。保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。 步進(jìn)式調(diào)速器除滿足GB/T9652.1-1997和DL563-95的要求； 電氣回路中完全取消了電位器和繼電器，大大減少了接觸不良等不安全因素，柜內(nèi)無(wú)功率放大板等模擬電路，避免了模擬放大電路存在的漂移，抗干擾性差等問(wèn)題。 具有頻率跟蹤，開(kāi)度跟蹤，功率跟蹤功能，保證了調(diào)速器手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換，以及運(yùn)行模式無(wú)擾動(dòng)切換。 自動(dòng)按工況改變運(yùn)行參數(shù)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，速動(dòng)性好。 采用梯形圖編程，使程序易懂易讀，修改方便，用戶便于掌握 采用單片機(jī)

19、測(cè)頻，線性度好，精度高，速度快。 除保留傳統(tǒng)調(diào)速器具有的所有功能外，還增加了當(dāng)電源消失時(shí)自動(dòng)進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行并維持原有的開(kāi)度不變的功能。 手/自動(dòng)運(yùn)行方式切換平穩(wěn)，不論是從手動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行還是從自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行，都可隨意切換，而不必考慮開(kāi)限是否處于限制狀態(tài)。(所有的切換工作都在電路內(nèi)實(shí)現(xiàn)，不引起任何油壓波動(dòng)和機(jī)械轉(zhuǎn)換)。 取消電液轉(zhuǎn)換器，手/自動(dòng)切換(電磁配壓)閥，增/減(電磁配壓)閥等以及這些部件相應(yīng)的油管道，機(jī)械柜內(nèi)，除引導(dǎo)閥主配壓閥(及緊急停機(jī)電磁配壓閥)外，其它部件不用液壓油。 簡(jiǎn)化開(kāi)度限制機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化杠桿及濾油器，還簡(jiǎn)化了機(jī)械的結(jié)構(gòu)。 不需要高精度的油源，因此降低了對(duì)濾油器的要求(

20、僅供引導(dǎo)閥和緊急停機(jī)電磁閥用油)，又由于采用刮片式濾油器，取消了濾油器切換閥，也完全省去了濾油器的日常清洗更換工作。 位移轉(zhuǎn)換裝置設(shè)有純手動(dòng)機(jī)械式超行程保護(hù)功能，防止傳感器斷線等意外故障時(shí)，絲桿卡死過(guò)載，損壞步進(jìn)電機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，操作方便，性能好，可靠性高，維護(hù)和檢修工作量極小。 主要功能主要功能 正常運(yùn)行、故障運(yùn)行及緊急停機(jī)。自動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)按水頭給定起動(dòng)開(kāi)度、空載開(kāi)度。 設(shè)頻率調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)、開(kāi)度調(diào)節(jié)等三種運(yùn)行模式。 運(yùn)行參數(shù)的輸入和修改。可手/自動(dòng)地對(duì)下列參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：運(yùn)行水頭、導(dǎo)葉給定開(kāi)度、限制開(kāi)度、頻率給定、功率給定。 調(diào)速器手/自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換和調(diào)速器運(yùn)行方式無(wú)擾動(dòng)切換。

21、遠(yuǎn)方控制、現(xiàn)場(chǎng)控制：所有的控制功能都可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。遠(yuǎn)方可進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)開(kāi)/停機(jī)，增/減負(fù)荷(或頻率,開(kāi)度)等操作。 在不停機(jī)(進(jìn)入純機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行)的狀態(tài)下，能方便可靠地進(jìn)行電氣及步進(jìn)式電-位移裝置的檢修工作。 電源消失時(shí)維持原有導(dǎo)葉開(kāi)度不變。 各類故障及電源消失報(bào)警出口。 開(kāi)度，頻率，功率，實(shí)際值及給定值顯示。電氣開(kāi)度限制顯示，水頭給定。 水頭，開(kāi)度顯示自動(dòng)復(fù)歸功能。測(cè)有功測(cè)水頭觸摸屏操 作機(jī)頻電氣機(jī)械可編程控制器位移傳感器機(jī)械返饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一測(cè)頻網(wǎng)頻導(dǎo)葉主接導(dǎo)葉步進(jìn)電機(jī)位移轉(zhuǎn)換主配導(dǎo)葉引導(dǎo)閥位移傳感器機(jī)械返饋輪葉主接輪葉步進(jìn)電機(jī)位移轉(zhuǎn)換主配輪葉引導(dǎo)閥水輪機(jī) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 導(dǎo)葉主接反饋

22、傳感器 電氣部分硬件配置 控制核心采用Q2A型可編程控制器Q2A型可編程控制器中央處理模塊(CPU模塊)處理速度高,程序容量大,開(kāi)入開(kāi)出及模入模出配置靈活,采樣速度高,可靠性高。 人機(jī)界面采用三菱A970型大屏幕觸摸屏與按鈕、指示燈相結(jié)合觸摸屏使參數(shù)觀察及設(shè)置變得直觀清晰、簡(jiǎn)單容易。按鈕可實(shí)現(xiàn)常用操作,方便快捷。 測(cè)頻板采用8位單片機(jī)測(cè)頻，機(jī)組頻率和系統(tǒng)頻率經(jīng)隔離變壓器輸入后，再經(jīng)過(guò)濾波，放大，整形，將交流信號(hào)變成方波信號(hào)送單片機(jī)計(jì)算，然后經(jīng)光隔把數(shù)字量送PLC。機(jī)頻網(wǎng)頻隔離變壓器隔離變壓器放大整形放大整形單片機(jī)采樣及計(jì)算光電隔離可編程控制器圖二 測(cè)頻電路硬件結(jié)構(gòu) 電源故障顯示板電源故障顯示小

23、面板布置在電源綜合板上，當(dāng)調(diào)速器出現(xiàn)電源故障時(shí)，相應(yīng)的電源故障指示燈熄滅。 電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)采用交直流雙重供電方式，保證供電的可靠性。其配置如圖四。 機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu) 電源綜合板隔離變壓器AC220VDC220V電源綜合板24V電源24V電源15V+5V電源AC2 2 0VDC 2 2 0VDC24VDC+15V圖四 電源系統(tǒng)示意圖DC 2 2 0VDC 2 2 0VDC24VDC-15VDC+5VDC24VDC+15VDC-15VDC+5V 機(jī)柜內(nèi)部布置有上擱板、底板。上擱板上布置有步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、位移傳感器、開(kāi)度指示機(jī)構(gòu)、手操機(jī)構(gòu)等。 底板上安裝有濾油器，緊急停機(jī)電磁配壓閥、壓力表，檢修

24、閥門等。引導(dǎo)閥、主配壓閥布置在底板下。刮片式濾油器供給引導(dǎo)閥及應(yīng)急閥塊用油，壓力表指示濾油器后部的壓力值。 緊急停機(jī)電磁鐵采用帶記憶功能集成式應(yīng)急球閥，具備機(jī)械手動(dòng)操作和電操作兩種方式，操作安全性高，抗油污能力強(qiáng)。其由兩個(gè)先導(dǎo)閥(球閥)和一個(gè)執(zhí)行閥組成，執(zhí)行閥帶液壓開(kāi)關(guān)鎖，執(zhí)行閥需動(dòng)，必須先導(dǎo)閥開(kāi)鎖。在電控制時(shí)，只需要脈沖控制信號(hào)就能使應(yīng)急閥動(dòng)作，控制信號(hào)消失后，液壓自保持。電磁閥線圈不用長(zhǎng)期帶電，大大提高了線圈的工作壽命。操作手輪步進(jìn)電機(jī)連軸器軸承絲桿螺母移動(dòng)套 位移轉(zhuǎn)換裝置 主配壓閥PBATT閥芯和閥殼都采用鍛件結(jié)構(gòu),閥芯采用三閥盤等徑結(jié)構(gòu)，加工工藝好,動(dòng)作導(dǎo)向好，主配壓閥不容易發(fā)卡。配油

25、口環(huán)形開(kāi)槽，具有通油能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其中主配閥芯和閥套選用同材質(zhì)（20CrMo滲碳淬火）的材料，相同的熱處理。加工采用專業(yè)廠家，保證主配壓閥閥芯閥套高硬度、小間隙、高精度等要求。主配壓閥上設(shè)置動(dòng)作失靈接點(diǎn)，安裝方便；增加緊急停機(jī)快速動(dòng)作通道，保證調(diào)速故障情況下，機(jī)組迅速可靠停機(jī)。環(huán)形窗口裙邊開(kāi)口 采用刮片式濾油器，無(wú)需清掃濾芯，有前后壓差時(shí)，旋轉(zhuǎn)幾圈濾芯，即可消除壓差，小修時(shí)，卸下慮油器底部堵頭，放出雜質(zhì)即可。 刮片式濾油器 調(diào)速器機(jī)械部分機(jī)構(gòu)示意圖BATTP緊急停機(jī)壓力油排油位移轉(zhuǎn)換手動(dòng)開(kāi)限主接力器機(jī)械反饋輸入故障處理模式切換手自動(dòng)切換手動(dòng)自動(dòng)開(kāi)機(jī)停機(jī)甩負(fù)荷空載負(fù)載調(diào)相PID計(jì)算輸出 調(diào)速器主

26、程序方框圖 調(diào)速器程序方框圖調(diào)速器程序方框圖開(kāi)始DL斷開(kāi)F45Hz頻率跟蹤50Hz送頻給網(wǎng)頻送頻給空載PID參數(shù)NOPID調(diào)節(jié)程序結(jié)束NONO 調(diào)速器空載方框圖開(kāi)始DL合50Hz送頻給頻率模式加頻率死區(qū)去頻率死區(qū)負(fù)載PID參數(shù)NOPID調(diào)節(jié)程序結(jié)束NO開(kāi)度模式功率模式開(kāi)度給定功率給定 調(diào)速器負(fù)載方框圖3 3、PCCPCC智能水輪機(jī)雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器智能水輪機(jī)雙重調(diào)節(jié)調(diào)速器 概述概述 PCC智能步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)速器是由步進(jìn)式電位移伺服系統(tǒng)，帶動(dòng)液壓隨動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水輪機(jī)的控制。 步進(jìn)式電位移伺服系統(tǒng)采用可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC數(shù)字式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)位移轉(zhuǎn)換絲桿位移傳感器反饋的結(jié)構(gòu)形式。 液壓隨動(dòng)

27、系統(tǒng)采用原引導(dǎo)閥輔助接力器主配壓閥主接力器主接傳感器反饋的結(jié)構(gòu)形式。 PCC主機(jī)采用高性能的32位RISC精簡(jiǎn)指令集CPU，使用模塊化、實(shí)時(shí)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，并配置IP智能模塊，進(jìn)行多處理器并行處理，加上其主CPU的高速運(yùn)算能力，使得在軟件控制算法中使用較復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型成為可能。 PCC智能步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)速器采用B&R公司的可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC代替三菱公司的A系列PLC作為控制的硬件平臺(tái)。 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) PCC智能調(diào)速器除了繼承原先PLC可編程控制器步進(jìn)式水輪機(jī)調(diào)速器的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有以下特點(diǎn)： 簡(jiǎn)化了電源結(jié)構(gòu)，提高電源部分的可靠性。即使電源有波動(dòng)也不影響調(diào)速器的正常運(yùn)行。

28、 獨(dú)特的變速控制方式，具有自動(dòng)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)失步等故障診斷和處理功能。保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。 采用智能控制算法，不斷監(jiān)測(cè)當(dāng)前調(diào)速器的調(diào)節(jié)品質(zhì)，并自動(dòng)改變運(yùn)行參數(shù)，使調(diào)節(jié)平穩(wěn)，速動(dòng)性好。 采用梯形圖和高級(jí)語(yǔ)言C混合編程，保留了程序易懂易讀、修改方便、用戶便于掌握的特點(diǎn)，同時(shí)，使用C語(yǔ)言編程，還具有易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算、能提高控制精度等優(yōu)點(diǎn)。 PCC借助了PC機(jī)中操作系統(tǒng)的概念，它的操作系統(tǒng)是模塊化的、可裝入式的，能方便的進(jìn)行升級(jí)，在調(diào)試程序的時(shí)候也具有很大的靈活性。 PCC主機(jī)簡(jiǎn)介2005系列可編程計(jì)算機(jī)控制器是由奧地利B&R貝加萊工業(yè)自動(dòng)化公司生產(chǎn)的中型PCC，體積小、速度快

29、、抗干擾能力強(qiáng)，它采用模塊化結(jié)構(gòu)，配置靈活，擴(kuò)展方便，還支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議?？梢圆捎檬澜缤ㄓ玫睦^電器邏輯（梯形圖）編程方法，易于掌握； 使用10.4寸大屏幕觸摸屏，提供了良好的人機(jī)交互界面，方便用戶使用。 用B&R公司的智能數(shù)字量混合模塊DM455整形板代替單片機(jī)進(jìn)行測(cè)頻，可靠性高、線性度更好，精度更高，速度更快。 硬件配置硬件配置 步進(jìn)式調(diào)速器電氣部分主要由可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC、測(cè)頻信號(hào)整形板ZXB、電源模塊、操作按鈕和燈、差動(dòng)變壓器式反饋傳感器和觸摸顯示屏組成。 電源系統(tǒng) PCC主要技術(shù)參數(shù)PCC也可以使用高級(jí)語(yǔ)言C進(jìn)行編程，通過(guò)C語(yǔ)言強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)計(jì)算語(yǔ)句，輕松實(shí)現(xiàn)比

30、較復(fù)雜的算法；還可以混合編程，充分利用不同編程方法的優(yōu)點(diǎn)。軟件上也采取了模塊化的結(jié)構(gòu)，有大量的系統(tǒng)函數(shù)庫(kù)供選用，也可自由定制用戶庫(kù)，方便用戶程序的移植和升級(jí)維護(hù)。a型號(hào)：2005系列b輸入：16點(diǎn)數(shù)字量DI模塊、8通道模擬量AI模塊c輸出：16點(diǎn)數(shù)字量DO模塊、8通道模擬量AO模塊d工作電源：50HZ，24VDC、220VDC、120VAC、230VAC可選 系統(tǒng)電源采用交直流雙重供電方式，工作電源采用雙開(kāi)關(guān)電源供電方式，保證供電的可靠性，其配置如下圖 電源綜合板隔離變壓器AC220VDC220V電源綜合板24V電源24V電源15V+5V電源AC220VDC 220VDC24VDC+15V 電

31、源系統(tǒng)示意圖DC 220VDC 220VDC24VDC-15VDC+5VDC24VDC+15VDC-15VDC+5V測(cè)有功測(cè)水頭觸摸屏操 作機(jī)頻電氣機(jī)械可編程計(jì)算機(jī)控制器位移傳感器機(jī)械返饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一測(cè)頻網(wǎng)頻導(dǎo)葉主接導(dǎo)葉步進(jìn)電機(jī)位移轉(zhuǎn)換主配導(dǎo)葉引導(dǎo)閥位移傳感器機(jī)械返饋輪葉主接輪葉步進(jìn)電機(jī)位移轉(zhuǎn)換主配輪葉引導(dǎo)閥水輪機(jī) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 應(yīng)急閥4 4、 調(diào)速器工作原理調(diào)速器工作原理 自動(dòng)開(kāi)機(jī)自動(dòng)開(kāi)機(jī) 調(diào)速器無(wú)故障時(shí)，將導(dǎo)/輪葉置自動(dòng)狀態(tài)，水頭按當(dāng)前實(shí)際水頭設(shè)定（或者由自動(dòng)水位裝置給定測(cè)得的水頭值），鎖錠在拔出狀態(tài)，緊急停機(jī)電磁閥在復(fù)歸位置，輪葉在起動(dòng)開(kāi)度位置（輪葉起動(dòng)開(kāi)度根據(jù)用戶輪葉在起動(dòng)開(kāi)度位置

32、（輪葉起動(dòng)開(kāi)度根據(jù)用戶提供參數(shù)在軟件中設(shè)置）提供參數(shù)在軟件中設(shè)置），機(jī)組具備開(kāi)機(jī)條件，由中控室或機(jī)旁盤發(fā)開(kāi)機(jī)令給調(diào)速器，調(diào)速器接收到開(kāi)機(jī)令后，使步進(jìn)電機(jī)向開(kāi)啟方向旋轉(zhuǎn)，過(guò)程如下： 導(dǎo)葉開(kāi)至第一起動(dòng)開(kāi)度，機(jī)組轉(zhuǎn)速開(kāi)始上升。輪葉全關(guān)。 當(dāng)機(jī)組頻率45Hz時(shí),導(dǎo)葉回關(guān)到第二起動(dòng)開(kāi)度，PID參與調(diào)節(jié)，機(jī)組自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻，如果無(wú)網(wǎng)頻信號(hào)或網(wǎng)頻故障時(shí)，機(jī)組自動(dòng)跟蹤50HZ。 自動(dòng)運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行 空載運(yùn)行，導(dǎo)葉在自動(dòng)狀態(tài)，機(jī)組在頻率模式下運(yùn)行。 由整形板ZXB采集機(jī)組頻率和系統(tǒng)頻率的正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形、放大變成方波信號(hào)送DM455計(jì)算，將計(jì)算的數(shù)字量送入可編程控制器PCC的CPU，可編程控制器采集的機(jī)頻、網(wǎng)頻

33、信號(hào)以及其它各種反饋信號(hào)等進(jìn)行運(yùn)算處理后，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)葉步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；導(dǎo)葉步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)葉絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)葉絲桿將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成引導(dǎo)閥芯的直線位移；導(dǎo)葉中間位移傳感器將導(dǎo)葉絲桿位移信號(hào)反饋到可編程控制器；當(dāng)導(dǎo)葉絲桿的位置與可編程控制器所要求的值相時(shí)，導(dǎo)葉步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)使引導(dǎo)閥回中，導(dǎo)葉電-位移伺服系統(tǒng)完成閉環(huán)調(diào)節(jié)。 導(dǎo)葉絲桿的位移信號(hào)經(jīng)過(guò)杠桿帶動(dòng)導(dǎo)葉引導(dǎo)閥，通過(guò)壓力油控制導(dǎo)葉輔助接力器、經(jīng)主配壓閥放大后推動(dòng)導(dǎo)葉主接力器移動(dòng)，通過(guò)調(diào)速環(huán)控制導(dǎo)水葉的進(jìn)水量，從而調(diào)節(jié)機(jī)組頻率；同時(shí)導(dǎo)葉主接力器的移動(dòng)經(jīng)主接傳感器使導(dǎo)葉引導(dǎo)閥回中，液壓隨動(dòng)系統(tǒng)完成閉環(huán)調(diào)節(jié)。 輪葉的運(yùn)行規(guī)律由可編程控制器軟件中的協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線確定，其

34、電-位移伺服系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式與導(dǎo)葉完全一致；其機(jī)械與液壓隨動(dòng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式與導(dǎo)葉完全一致。 負(fù)載運(yùn)行 斷路器合上后，機(jī)組運(yùn)行在開(kāi)度模式、功率模式或頻率模式下，在面板上或中控室增/減負(fù)荷（開(kāi)度、功率給定）可調(diào)節(jié)機(jī)組出力。 在觸摸屏上可增/減負(fù)荷、三種模式間可以進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換。 自動(dòng)停機(jī)自動(dòng)停機(jī) 將負(fù)荷減到零，斷路器分后，發(fā)“停機(jī)令”，使導(dǎo)葉步進(jìn)電機(jī)向關(guān)閉方向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)導(dǎo)葉中間接力器、導(dǎo)葉杠桿及導(dǎo)葉引導(dǎo)閥，液壓隨動(dòng)系統(tǒng)關(guān)閉導(dǎo)葉，使機(jī)組停機(jī)。輪葉根據(jù)協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行關(guān)閉至零開(kāi)度，延時(shí)后回到起動(dòng)開(kāi)度。 甩負(fù)荷甩負(fù)荷 自動(dòng)狀態(tài)下，調(diào)速器將快速關(guān)閉導(dǎo)葉，機(jī)組頻率將自動(dòng)跟蹤網(wǎng)頻；輪葉根據(jù)協(xié)聯(lián)曲線運(yùn)行。 手動(dòng)狀態(tài)下，調(diào)速器自動(dòng)將導(dǎo)葉關(guān)至空載開(kāi)度（輪葉