水電站調(diào)速系統(tǒng)

1、水電站調(diào)速系統(tǒng)陜 西 .石 泉2008年8月1水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)維持機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速附近，滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求；完成調(diào)度下達(dá)的功率指令，調(diào)節(jié)水輪機(jī)組有功功率，滿足電網(wǎng)二次調(diào)頻(AGC)要求；完成機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、緊急停機(jī)等控制任務(wù)；執(zhí)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)及控制指令。2水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3水輪機(jī)調(diào)速器的分類按調(diào)節(jié)規(guī)律可分為 PI和PID調(diào)速器；按系統(tǒng)構(gòu)成分為：a.機(jī)械式調(diào)速器（機(jī)械飛擺式） ； b.電氣液壓式調(diào)速器； c.微機(jī)調(diào)速器；按接力器操作功大小分類： 小型調(diào)速器 W10000 N.m 中型調(diào)速器 10000N.mW75000N.m 大型調(diào)速器 W75000N.m按照調(diào)速

2、器的適用機(jī)組類型分為：沖擊式調(diào)速器、單調(diào)、雙調(diào)。沖擊式調(diào)速器適用于沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組；單調(diào)適用于無輪葉調(diào)節(jié)的混流式、軸流定槳式等水輪發(fā)電機(jī)組；雙調(diào)適用于有輪葉調(diào)節(jié)的軸流轉(zhuǎn)槳式、燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。 4水輪機(jī)調(diào)速器的分類按我國水輪機(jī)調(diào)速器國家型譜以及調(diào)速器行業(yè)規(guī)范，調(diào)速器分為：中、小型調(diào)速器；沖擊式調(diào)速器；大型調(diào)速器等。中、小型調(diào)速器以調(diào)速功大小來區(qū)分，沖擊式調(diào)速器以噴針及折向器數(shù)目來區(qū)分，大型調(diào)速器以主配壓閥名義直徑來區(qū)分。按調(diào)節(jié)器的硬件構(gòu)成有單片機(jī)、工控機(jī)、可編程控制器三大類調(diào)節(jié)器。其中單片機(jī)、單板機(jī)構(gòu)成的調(diào)節(jié)器由于可靠性差、故障率高等多方面原因，已趨于淘汰。機(jī)械液壓系統(tǒng)依據(jù)電液轉(zhuǎn)換方式

3、分為：電液轉(zhuǎn)換器類、電機(jī)類（伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)）、比例伺服閥類、數(shù)字閥類。其中電液轉(zhuǎn)換器類已基本為市場淘汰，其他幾種均有不同廠家生產(chǎn)。 5微機(jī)調(diào)速器 PID結(jié)構(gòu)6HGS型調(diào)速器微機(jī)概述 HGS-E21/2電氣柜為水輪機(jī)電液調(diào)速器的兩個(gè)重要組成部分之一，完成調(diào)速系統(tǒng)的主要控制規(guī)律與操作保護(hù)功能，同機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)配合，控制水輪發(fā)電機(jī)組的頻率及有功功率，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的開機(jī)、停機(jī)、并網(wǎng)、發(fā)電、調(diào)相等功能，并可與電站監(jiān)控系統(tǒng)通訊，接受監(jiān)控系統(tǒng)的控制。該電氣柜以工業(yè)控制微機(jī)為硬件核心，采用雙微機(jī)通道冗余控制結(jié)構(gòu)，并配以彩色平板電腦做為操作顯示接口，具有良好的全中文圖形人機(jī)界面和在線幫助系統(tǒng)，操作簡單方便。

4、電氣柜為模塊化的硬件結(jié)構(gòu)，易于維護(hù)、維修，可靠性高。7系統(tǒng)構(gòu)成 該微機(jī)調(diào)速器電氣柜是以工控機(jī)為核心的雙微機(jī)調(diào)節(jié)器，它適用于單調(diào)或雙調(diào)的水輪發(fā)電機(jī)組。主要由以下部分組成： 兩套獨(dú)立的工控機(jī)，包括各種數(shù)據(jù)采集與輸出接口卡，完成調(diào)速器的各種調(diào)節(jié)控制與保護(hù)功能。兩套獨(dú)立的工控機(jī)中，一套為主機(jī)，另一套為熱備用機(jī)。當(dāng)其中一套微機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，該系統(tǒng)所有輸出斷開，另一子系統(tǒng)上相應(yīng)輸出閉合。如果故障子系統(tǒng)原為在線系統(tǒng)，則系統(tǒng)無擾動(dòng)切到備用子系統(tǒng)；如果故障發(fā)生在備用子系統(tǒng)，則該子系統(tǒng)只需退出備用。若兩套系統(tǒng)同時(shí)故障時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換到手動(dòng)運(yùn)行。任何一套微機(jī)故障均有相應(yīng)指示。雙機(jī)及彩色平板電腦間通過ARCNET網(wǎng)

5、絡(luò)相連，完成數(shù)據(jù)交換、顯示與控制參數(shù)的修改。8系統(tǒng)構(gòu)成彩色平板電腦，作為微機(jī)調(diào)節(jié)器的人機(jī)接口與顯示界面，同時(shí)負(fù)責(zé)與電站監(jiān)控系統(tǒng)的通訊控制。它可以實(shí)時(shí)顯示調(diào)節(jié)器雙微機(jī)控制器各種運(yùn)行參數(shù)與曲線，并可對(duì)各種控制參數(shù)進(jìn)行修改。該微機(jī)調(diào)節(jié)器與比例伺服型全液控液壓隨動(dòng)系統(tǒng)相連，采用高可靠性的直線位移傳感器與比例閥功放模塊，確保了導(dǎo)葉接力器反饋與電液轉(zhuǎn)換的可靠性與準(zhǔn)確性。兩套大功率的工業(yè)級(jí)開關(guān)電源，將廠用220VAC與220VDC供電電源變換成直流24VDC電源后作為調(diào)速器供電電源，提高了供電系統(tǒng)的可靠性。9系統(tǒng)構(gòu)成信號(hào)調(diào)理模塊 智能測(cè)頻模塊 高性能、高可靠的直線位移傳感器 比例閥功放板：采用BOSCH公司

6、與其比例閥配套的功率放大板 10系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理 微機(jī)調(diào)節(jié)器采用并聯(lián)PID調(diào)節(jié)規(guī)律。當(dāng)出口開關(guān)閉合或出口開關(guān)斷開但網(wǎng)頻fw故障時(shí)，頻差為頻率給定fg與機(jī)組頻率fj之差；當(dāng)油開關(guān)斷開且網(wǎng)頻fw正常時(shí)，頻差為電網(wǎng)頻率fw與機(jī)組頻率fj之差再加上一固定頻率差，以使機(jī)組頻率略高于電網(wǎng)頻率，便于機(jī)組快速并網(wǎng)。該調(diào)速器具有三種調(diào)節(jié)模式：轉(zhuǎn)速（頻率）調(diào)節(jié)模式：頻率死區(qū)Ef = 0，PID調(diào)節(jié)；功率調(diào)節(jié)模式(并網(wǎng)且功率測(cè)量正常)：頻率死區(qū)Ef=00.5Hz，PID調(diào)節(jié)；開度調(diào)節(jié)模式(并網(wǎng)后)：頻率死區(qū)Ef = 00.5Hz，PID調(diào)節(jié)。11系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理 PID調(diào)節(jié)原理框圖 KdS / (1+TnS)Ki / SK

7、pbp f jLim液壓隨動(dòng)系統(tǒng)機(jī)組有功功率yref fg / fw ygPg電網(wǎng)檢測(cè)及參數(shù)調(diào)整給定前饋* fg : 頻率給定; yg : 開度給定; Pg : 功率給定; f j : 機(jī)組頻率; f w : 電網(wǎng)頻率; yref : 隨動(dòng)系統(tǒng)參考 Ef _ + + + _導(dǎo)葉開度12系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖所示，從功能上可分為人機(jī)操作與顯示（簡稱：上位機(jī)）和調(diào)節(jié)控制（簡稱：下位機(jī)）兩大部分。人機(jī)操作與顯示部分，即上位機(jī)由平板電腦構(gòu)成，主要完成運(yùn)行參數(shù)修改與保存；運(yùn)行狀態(tài)的顯示及故障查詢；與電站監(jiān)控系統(tǒng)的通訊和調(diào)速器常規(guī)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)試。調(diào)節(jié)控制部分，即下位機(jī)由工控機(jī)組成，完成調(diào)

8、速器的數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)控制與故障保護(hù)功能。上位機(jī)與下位A、B機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)通訊構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體。13系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 14系統(tǒng)硬件構(gòu)成模擬量輸出板JA1 (D/A) 模擬量輸入板JA2 (A/D) 開關(guān)量輸入/輸出板1 JA3 (DI/O1) 開關(guān)量輸入/輸出板2 JA4 (DI/O2) ArcNet網(wǎng)絡(luò)通訊板 CPU板 采用JUKI-752 DX4-100，即Intel80486DX4-100Mhz、8M RAM、2M/4M電子盤。信號(hào)調(diào)理模塊(ADAM-3014) 15開機(jī)特性 基本開機(jī)特性 接到開機(jī)指令后，調(diào)速器將導(dǎo)葉開啟至第一開機(jī)開度YK1 (1.6倍空載開度YNL)，等待一定

9、時(shí)間后，開始檢查機(jī)組頻率，如果機(jī)組頻率大于45Hz，則將導(dǎo)葉關(guān)閉至第二開機(jī)開度YK2 (1.2倍空載開度YNL)，調(diào)速器即由開機(jī)工況轉(zhuǎn)入空載工況，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。如果在開機(jī)過程中接到停機(jī)指令，則轉(zhuǎn)入停機(jī)工況。 開機(jī)特性與水頭關(guān)系開機(jī)過程中的第一開機(jī)開度YK1和第二開機(jī)開度YK2均與水頭有關(guān)，調(diào)速器中保存有空載開度YNL與水頭的關(guān)系曲線，根據(jù)實(shí)測(cè)或運(yùn)行人員輸入的水頭值，調(diào)速器自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)水頭的YK1和YK2值?？偟内厔?shì)為：低水頭值對(duì)應(yīng)大的YK1和YK2，高水頭值對(duì)應(yīng)小的YK1和YK2。 16停機(jī)特性 當(dāng)接到停機(jī)指令后，導(dǎo)葉即由當(dāng)前開度，以第一停機(jī)速度將導(dǎo)葉關(guān)閉；當(dāng)導(dǎo)葉關(guān)閉至一定開度時(shí)，即以第二停機(jī)速度將導(dǎo)葉關(guān)閉至全關(guān)位置。 17操作與顯示 機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行工況，如停機(jī)、空載、發(fā)電；死區(qū)投入/切除及手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)指示；當(dāng)前調(diào)節(jié)模式，如頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)； 頻率/開度/功率給定指示 (隨調(diào)節(jié)模式而變)；機(jī)組頻率、開度、功率值指針式指示與數(shù)字顯示；當(dāng)前運(yùn)行主機(jī)；微機(jī)A與微機(jī)B故障指示；水頭、空載開度、電氣開限顯示。 18主要參數(shù) 頻率信號(hào)源幅值范圍：0.3VAC180VAC測(cè)頻范圍：1090Hz頻率給定范圍：45HZ55Hz開度及功率給定范圍：0100% (120%)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)范圍：010%頻率死區(qū)整定范圍：00.5HZP