錦屏14X600MW水電站調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)方案

1、特大型水輪機調(diào)速器技術(shù)方案 武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備 .特大型水輪機調(diào)速器技術(shù)方案 第一部分：總體構(gòu)造第二部分：特征控制1、三段等加速度開機2、加強PID3、本機測頻算法4、一次調(diào)頻5、功率調(diào)理第三部分：油壓安裝.第一部分：總體構(gòu)造調(diào)速器由電氣調(diào)理系統(tǒng)和機械液壓系統(tǒng)兩大部分組成。電氣調(diào)理系統(tǒng)以德國西門子SiemensS7-400系列PLC為控制中心構(gòu)成，采用雙機冗余構(gòu)造，主要采集水輪發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、接納來自機組控制系統(tǒng)的命令，并對各數(shù)據(jù)和命令進展分析和運算，產(chǎn)生控制信號控制機械液壓系統(tǒng)，完成對水輪發(fā)電機組的開機、停機、緊急停機、增減負荷、頻率調(diào)理和功率調(diào)理等操作。機械部分主要包括兩套互為熱備用

2、的比例伺服閥、冗余構(gòu)造的電液轉(zhuǎn)換機構(gòu)、機械手動操作機構(gòu)、自動復(fù)中安裝、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、直連構(gòu)外型的機械液壓隨動系統(tǒng)。可編程控制器、HMI顯示屏、空開指示燈等采用德國西門子公司產(chǎn)品。伺服比例閥、緊急停機電磁閥和液控換向閥采用德國REXROH 公司產(chǎn)品。.電氣部分電氣控制柜配備含觸摸屏的面板的柜門，以便進展參數(shù)調(diào)理和設(shè)備維護電纜和管道入口布置在控制柜的底部。儀表和控制設(shè)備布置在控制柜的前面板上，以便監(jiān)控和操作。 調(diào)速器控制柜可以包容調(diào)速器的一切電氣部件，包括銜接外部系統(tǒng)的端子或接口設(shè)備。 調(diào)速器控制柜尺寸：8006002260mm調(diào)速器的機械液

3、壓部分布置在油壓安裝回油箱上。.控制器規(guī)格S7- 400 PLC是基于PROFINET CPU的帶有全新性能特征的新一代硬件，具有更高的運算及通訊速度。 1.3.1 CPU技術(shù)特點 設(shè)計：S7-400 采用模塊化構(gòu)造設(shè)計。各種單獨的模塊之間可進展廣泛組合以用于擴展。擴展：假設(shè)用戶的自動化義務(wù)需求多個中央控制器時，可對S7-400 進展擴展， 最多21 個擴展機架:.人機界面采用10.4“TFT真彩高清液晶觸措屏用為人機界面，人機界面除了常規(guī)的顯示操作外，還具有參數(shù)設(shè)置、缺點分析、事件記錄、在線實驗、在線協(xié)助等輔助功能。該HMI含有對發(fā)電機組控制和調(diào)理的重要參數(shù)特征，具備 動態(tài)圖表 報警顯示 過

4、程可變趨勢 變卦設(shè)定值及 控制形狀顯示 HMI訪問平安性 .機械部分系統(tǒng)構(gòu)造機械部分由比例伺服閥比例伺服閥機械手動組成機械冗余構(gòu)造。比例伺服閥為電液轉(zhuǎn)換元件，將電氣信號變成接力器行程，當(dāng)比例伺服閥轉(zhuǎn)換器1作為主用時，比例伺服閥轉(zhuǎn)換器2作為備用，假設(shè)電氣控制部分檢測到作為主用的電液轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換環(huán)節(jié) .閥套與閥芯的熱處置方法時，都采用高硬度，即硬對硬組合，靜止件閥套內(nèi)孔硬度為HRC58-62；運動件閥芯外圓硬度為HRC60-64。由于閥套與閥 芯的滑動配合面采用硬對硬組合， 在配合面為小間隙高硬度情況下， 雜質(zhì)無法進入配合間隙，即使小雜質(zhì)進入，也會逐漸

5、被碾碎, 不會嵌入配合外表。.比例伺服閥具有以下主要特點： (1)精度高、動態(tài)呼應(yīng)好 (2)驅(qū)動功率大 3 構(gòu)造合理.主配位置傳感器采用德國BOSCH產(chǎn)的差動變壓器型的位置傳感器，此傳感器精度高，輸出信號無漂移，是非接觸的無磨損壽命元件.三段等加速度開機方式調(diào)速器的自動開機同期轉(zhuǎn)速控制采用按預(yù)先設(shè)定的開機曲線和分段PID調(diào)理的方式進展閉環(huán)控制，不需求根據(jù)水頭設(shè)定嚴(yán)厲的空載開度和開機啟動開度等值，在恣意水頭的情況下有一樣的快速開機同期過程。有多種加速度速率可調(diào)的閉環(huán)自動開機過程 發(fā)出開機令之前，或從開機令發(fā)出到轉(zhuǎn)速信號有效這段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速給定值均跟蹤實踐的轉(zhuǎn)速；一旦轉(zhuǎn)速信號有效，就由空載轉(zhuǎn)速PI

6、D算法控制。一進入空載轉(zhuǎn)速PID控制，轉(zhuǎn)速給定值就以速率12 Hz3 Hz添加，同時空載轉(zhuǎn)速PID算法控制機組實踐轉(zhuǎn)速以一樣速率上升；到速率2切換點42.5Hz，轉(zhuǎn)速給定值就以速率21 Hz)添加，同時空載轉(zhuǎn)速PID算法控制機組實踐轉(zhuǎn)速以一樣速率繼續(xù)上升；到速率3切換點47.5Hz)，轉(zhuǎn)速給定值就以速率30.5Hz)添加，同時空載轉(zhuǎn)速PID算法控制機組實踐轉(zhuǎn)速以一樣速率繼續(xù)上升；直到轉(zhuǎn)速給定值添加到50.25Hz，自動開機過程就完成。但這種開機方式對齒盤測頻的精度要求很高，由于整個過程它都要監(jiān)視頻率，并根據(jù)實測頻率改動開機速度，而殘壓測頻在低轉(zhuǎn)速下經(jīng)常測得不準(zhǔn)或根本測不到，這時測頻主要就是齒盤

7、測頻方式。假設(shè)齒盤頻率也不穩(wěn)，即長時間內(nèi)測的頻率偏低，會使開度開的很大，實踐頻率升得過快，過高。就會導(dǎo)致開機過程動搖很大 .加強PID算法 上式中i10,當(dāng)輸入偏向變化比較快時，比例和微分作用正常投入調(diào)理控制，隨著調(diào)理的進展，輸入偏向的變化比較緩慢時，在相鄰的兩個采樣周期下被調(diào)理量的偏向之差在數(shù)值上幾乎等于零，此時比例和微分幾乎不參入調(diào)理了，而僅靠積分環(huán)節(jié)來調(diào)理就降低了動態(tài)性能。 .加強PID算法 加強PID算法的精華主要是在PID上添加了延續(xù)調(diào)理的PD環(huán)節(jié)。將延續(xù)十個周期采樣的被調(diào)理偏向放入一個數(shù)組，得到十個被控制偏向值F，即F(K), F(K-1), F(K-2) F(K-9)。在數(shù)組中同

8、時記錄了偏向的正負標(biāo)志和偏向的周期數(shù)，當(dāng)檢測到當(dāng)前偏向值與上周期偏向值相等時，選擇數(shù)組中與當(dāng)前偏向符號一樣的最大偏向值數(shù)組中的最大偏向值被限制在某一范圍之內(nèi)，并根據(jù)最大偏向的周期數(shù)相應(yīng)改動微分時間常數(shù)T1v和偏向的丈量周期進展PD調(diào)理。調(diào)理完成后在數(shù)組剔除此偏向值。這樣就防止了在被調(diào)理量偏離目的值，但偏向變化緩慢時，比例和微分通道幾乎不起作用的景象。 .調(diào)速器頻率轉(zhuǎn)速丈量 頻率丈量方式為PT殘壓齒盤冗余式調(diào)速器具有3路頻率丈量回路，每路測頻范圍0.5Hz120.000Hz，測頻采用的時基125ns，測頻精度到達0.0003125Hz PT測頻 由機組電壓互感器PT送來的機頻經(jīng)調(diào)速器測頻回路隔離

9、、限幅、整形后的方波信號送到調(diào)速器高速輸入端，根據(jù)PLC或者PCC本機測頻原理進展PT頻率丈量齒盤測頻雙電磁式接近開關(guān)方式：為提高齒盤精度，齒盤測速設(shè)計為雙電磁式接近開關(guān)，用于消除由于大軸擺度和震動、以及齒盤加工精度的誤差呵斥測頻信號的精度下降。雙傳感器信號經(jīng)過整形隔離后，同時送到調(diào)速器供測頻運用。兩個傳感器經(jīng)過齒盤同一個邊的時間差，只與齒盤旋轉(zhuǎn)的線速度有關(guān)，而與齒盤的加工精度、擺動、振動無關(guān)，齒盤測頻經(jīng)過丈量兩個傳感器的上升沿的時間，計算出頻率，提高了齒盤測頻的精度。互為備用單電磁式接近開關(guān)方式：假設(shè)雙接近開關(guān)方式任務(wù)時其中一個接近開關(guān)缺點它自動切換到單接近開關(guān)齒盤測頻方式。單接近開關(guān)方式我

10、們在調(diào)速器內(nèi)部采用了對單接近開關(guān)所丈量的機組轉(zhuǎn)速用一個拋物線函數(shù)進展描畫，將函數(shù)帶入調(diào)速器PID運算效果良好。.調(diào)速器內(nèi)部計算值的高精度算法 為了方便觸摸屏編程，普通調(diào)速器內(nèi)部計算值的算法為：50HZ對應(yīng)頻率計算值10000的算法，相當(dāng)于測頻精度為0.005Hz 。50HZ對頻率計算值50000的算法；相當(dāng)于測頻精度為：0.001Hz；普通算法中，當(dāng)頻差變化0.005Hz時，頻差計算值有1個數(shù)值的變化，才干對控制輸出產(chǎn)生改動，在頻差變化小于0.005Hz時，機內(nèi)計算值沒有變化，故不會引起控制輸出的改動。而采用高精度算法后，頻差改動0.001Hz時，PID計算值就會產(chǎn)生相應(yīng)的改動。由此可以得出在

11、高精度的算法中，被控機組頻率或電網(wǎng)頻率的微小變化如0.001Hz，經(jīng)過調(diào)速器PID運算便能使輸出值產(chǎn)生相應(yīng)的變化。提高了控制精度和頻率小偏向變化的調(diào)理才干。更有利于改善動態(tài)的調(diào)理質(zhì)量和負載一次調(diào)頻和小網(wǎng)運轉(zhuǎn)才干。.一次調(diào)頻一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的根本概念 一次調(diào)頻就是由發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的本身頻率/功率特性對電網(wǎng)的控制，它主要是由發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)調(diào)理規(guī)律來實現(xiàn)的；二次調(diào)頻就是由發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)以外的設(shè)備向機組調(diào)速系統(tǒng)下達相應(yīng)機組的目的功率值，從而產(chǎn)生電網(wǎng)范圍內(nèi)的功率/頻率控制。它主要是由電網(wǎng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)AGC來實現(xiàn)的。 發(fā)電機組調(diào)速系一致次調(diào)頻靜態(tài)特性機組原始工況：靜特性曲線1(

12、Pc1)上A點：機組目的功率Pc1；機組實踐功率P1；機組頻率f1；調(diào)速系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)ep速度變動率。電網(wǎng)發(fā)生功率缺額，折算到機組的功率缺額：P3P1；1.一次調(diào)頻作用：電網(wǎng)功率缺額，引起電網(wǎng)頻率降低，假設(shè)不進展調(diào)理，發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)那么按靜特性曲線1Pc1，頻率應(yīng)降至f3，各機組根據(jù)頻率偏向進展一次調(diào)頻，使機組增發(fā)了功率Pf=P2P1，電網(wǎng)頻率為B點f2。雖然該機組與電網(wǎng)上其它機組一同進展了一次調(diào)頻，但電網(wǎng)頻率為f2，不能夠恢復(fù)到擾動前的f1。2).二次調(diào)頻作用：假設(shè)電網(wǎng)二次調(diào)頻將該機組的目的功率由Pc1修正為Pc2，那么機組調(diào)速系統(tǒng)靜特性由特性曲線1Pc1變?yōu)樘匦郧€2Pc2。最后的調(diào)理結(jié)果

13、為特性曲線2Pc2上C點：調(diào)速系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)速度變動率ep、機組目的功率Pc2、機組實踐功率P3、機組頻率f1；電網(wǎng)的功率缺額得以補償，系統(tǒng)頻率也恢復(fù)到擾動前的數(shù)值f1。電網(wǎng)在負荷擾動后，電網(wǎng)頻率產(chǎn)生偏向，各機組的調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)頻率偏向f和功率調(diào)差系數(shù)ep進展一次調(diào)頻，在15以內(nèi)的時間彌補了系統(tǒng)部分功率差值；在一次調(diào)頻的根底上，電網(wǎng)AGC再經(jīng)過二次調(diào)頻重新修正相關(guān)機組的目的功率值。因此，調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過兩個信號輸入端：頻率轉(zhuǎn)速輸入端(一次調(diào)頻)和機組目的功率輸入端二次調(diào)頻對電網(wǎng)的頻率進展的調(diào)理，最終到達電網(wǎng)功率平衡和頻率恢復(fù)規(guī)定的范圍之內(nèi).水電機組調(diào)速器的一次調(diào)頻功能的實現(xiàn)在調(diào)速器程序中設(shè)定了一次調(diào)頻

14、公用的調(diào)差系數(shù)速度變動率、頻率人工失靈區(qū)頻率死區(qū)和PID參數(shù)，并且具有一次調(diào)頻投入后調(diào)理范圍的限制功能，能有效的抑制一次調(diào)頻過程中機組有功功率的變化幅度，轉(zhuǎn)速死區(qū)設(shè)定和PID參數(shù)的選擇能確定當(dāng)電網(wǎng)頻率動搖機組由正常發(fā)電運轉(zhuǎn)工況轉(zhuǎn)換為一次調(diào)頻工況運轉(zhuǎn)的呼應(yīng)時間及調(diào)理才干。調(diào)速器中仍能保管了頻率調(diào)理方式和頻率調(diào)理方式所對應(yīng)的有關(guān)參數(shù)，不影響負載小電網(wǎng)和孤立電網(wǎng)的頻率調(diào)理才干。一次調(diào)頻的投入、切除可以在調(diào)速器觸摸屏上密碼人為操作設(shè)定。并且，當(dāng)電網(wǎng)頻率動搖機組由正常功率或開度方式轉(zhuǎn)換為一次調(diào)頻工況時，調(diào)速器輸出無源接點信號到機組現(xiàn)地控制系統(tǒng)LCU。 .油壓安裝系統(tǒng)闡明 概述油壓安裝是向水輪機調(diào)速系統(tǒng)、機組自動化系統(tǒng)及元件提供平安、可靠和穩(wěn)定的任務(wù)油液的液壓能源安裝，是整個調(diào)速系統(tǒng)的有機組成部分，其平安性、可靠性與調(diào)速器同等重要。因此其系統(tǒng)設(shè)計、構(gòu)造設(shè)計以及元件的選用，都應(yīng)特別注重。.油壓安裝系統(tǒng)設(shè)計 采用已有成熟運用閱歷的插裝閥技術(shù)，將液壓插裝與集成技術(shù)運用到油壓安裝中，采用兩只二通插裝閥加控制蓋板分別替代卸載