水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器發(fā)展及現(xiàn)狀

3/3水輪機(jī)調(diào)速器的發(fā)展及現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告１.1水輪機(jī)調(diào)速器的發(fā)展及現(xiàn)狀水輪機(jī)調(diào)速器是由實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制的機(jī)構(gòu)和指示儀表等組成的一個(gè)或幾個(gè)裝置的總稱，它是水輪機(jī)控制系統(tǒng)的主體,它可以分為機(jī)械液壓調(diào)速器、電氣液壓調(diào)速器和微機(jī)調(diào)速器。最早的水輪機(jī)調(diào)速器都是機(jī)械液壓調(diào)速器,它是隨著水電建設(shè)發(fā)展而在2０世紀(jì)初發(fā)展起來的。它能滿足帶獨(dú)立負(fù)荷和中小型電網(wǎng)中運(yùn)行的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組調(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)組已經(jīng)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)組仍然有相當(dāng)一部分采用機(jī)械液壓調(diào)速器。世界上第一臺(tái)電氣液壓型調(diào)速器于1９４4年在瑞士問世。20世紀(jì)50年代以后，電氣液壓調(diào)速器獲得了較廣泛的應(yīng)用。從采用的元件來看,它有經(jīng)歷了電子管、磁放大器、晶體管、集成電路等幾個(gè)發(fā)展階段。調(diào)節(jié)規(guī)律有比例積分型(PT）發(fā)展到比例、積分、微分型(PID）。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，又逐步結(jié)合經(jīng)典、現(xiàn)代及智能登控制理論。２0世紀(jì)80年代末期，隨著水輪機(jī)危機(jī)調(diào)速器的廣泛采用，現(xiàn)狀以很少生產(chǎn)電氣液壓調(diào)速器。第一臺(tái)微機(jī)調(diào)速器誕生于２0世紀(jì)70年代初,到２0世紀(jì)80年代初世界各國(guó)都開始研制微機(jī)調(diào)速器，瑞士AＳEA公司８０年代推出的HPC6１Ｏ/62０調(diào)節(jié)器代表了當(dāng)時(shí)國(guó)外微機(jī)調(diào)速器的發(fā)展水平，該調(diào)速器具有優(yōu)良的性能和較高的可靠性。在國(guó)內(nèi)法中科技大學(xué)和天津水電控制設(shè)備廠合作,率先研制成功了適應(yīng)式變參數(shù)微機(jī)調(diào)速器,與19８4年１1月在湖南歐陽海水電站進(jìn)行了試驗(yàn)并投入使用，其后又與有關(guān)單位合作，開發(fā)生產(chǎn)了雙微機(jī)單調(diào)節(jié)微機(jī)調(diào)速器和雙微機(jī)雙調(diào)節(jié)調(diào)速器。進(jìn)入９0年代，在我國(guó)新建或更新改造的大、中型水電站中，已普遍采用微機(jī)調(diào)速器。目前,國(guó)際歌國(guó)內(nèi)的微機(jī)調(diào)速器都是采用PID和以PID為基礎(chǔ)的適應(yīng)式變參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律。微機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)規(guī)律由PID型發(fā)展到多種ＰID改進(jìn)型，其發(fā)展經(jīng)歷了Z８0單板機(jī)、單片機(jī)、STD總線、PＬＣ、工業(yè)被淘汰，占據(jù)市場(chǎng)的主要是ＳTD總線和PLＣ機(jī)型.２．1微機(jī)調(diào)速器2。1。1微機(jī)調(diào)速器的組成：儲(chǔ)能器、電接點(diǎn)壓力表、油泵電機(jī)、液壓站、壓力表、電氣柜、接力柜、開度表、觸摸屏、頻率表、手動(dòng)控所組成.２．2微機(jī)調(diào)速器的功能2．2.1自動(dòng)調(diào)節(jié)功能采用變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)控制策略,微機(jī)調(diào)節(jié)器自動(dòng)選擇適合空載運(yùn)行、大電網(wǎng)運(yùn)行以及區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)節(jié)和控制參數(shù),以保證調(diào)速器在每一工況下都具有良好的動(dòng)態(tài)特性?？蛰d運(yùn)行時(shí)能控制機(jī)組頻率自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率，從而提高并網(wǎng)速度?？梢赃M(jìn)行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)恒有功運(yùn)行。2．2．2自動(dòng)控制功能根據(jù)中控室操作命令及有關(guān)狀態(tài)信號(hào)自動(dòng)完成開機(jī)、停機(jī)、調(diào)相、增減負(fù)荷、限制負(fù)荷以及甩負(fù)荷處理等任務(wù)，保證機(jī)組在各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)當(dāng)前水頭大小自動(dòng)整定開機(jī)時(shí)的啟動(dòng)開度和空載開度，以及負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的最大和最小開度限制。2.2.３監(jiān)視和修改功能實(shí)時(shí)顯示機(jī)組頻率、電網(wǎng)頻率、機(jī)組功率、導(dǎo)葉開度、控制給定、當(dāng)前水頭、空載開度、功放輸入、功率給定、開度給定、電氣開限、頻率給定以及PＩD的調(diào)節(jié)參數(shù)、功率失靈區(qū)等。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可以通過上位機(jī)實(shí)時(shí)修改各種調(diào)節(jié)參數(shù)和給定參數(shù),并無負(fù)荷沖擊.２。2。４診斷功能通過各變送器、智能功放和主機(jī)能實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速、頻率測(cè)量、位移反饋、有功功率、開關(guān)輸入、通訊接口等進(jìn)行故障檢測(cè)和診斷，并顯示故障信息及發(fā)出報(bào)警信號(hào).能對(duì)外界干擾故障進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和處理，并使微機(jī)系統(tǒng)脫離故障狀態(tài),自動(dòng)回復(fù)正常運(yùn)行。2．2.5容錯(cuò)控制功能當(dāng)某些故障發(fā)生后,調(diào)速器仍然可以維持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，在不同的故障情況下具有不同的運(yùn)行方式(包括降級(jí)運(yùn)行）：當(dāng)一個(gè)或數(shù)個(gè)通道失效時(shí)，仍能自行由正常通道來維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,并可進(jìn)行頻率、負(fù)荷調(diào)節(jié)；即使出現(xiàn)濾油器堵塞失效，而又未能得到及時(shí)更換處理的情況，仍有維持機(jī)組長(zhǎng)期的穩(wěn)定運(yùn)行。即使在調(diào)速器柜嚴(yán)重故障或斷電情況下,仍能保證接力器保持當(dāng)前位置，且不影響正常和事故停機(jī)２.2.6遠(yuǎn)程通訊功能可通過RS485或RS422等通訊接口方便地與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。２。2．7調(diào)試和試驗(yàn)功能可以進(jìn)行在線調(diào)試、檢查、整定、修改、處理及各種功能測(cè)試實(shí)驗(yàn).圖2.1步進(jìn)式、數(shù)字式、沖擊式微機(jī)調(diào)速器3.1電氣液壓調(diào)速器的形成隨著電力系統(tǒng)的日益發(fā)展和用電部門對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高,機(jī)械液壓型調(diào)速器已遠(yuǎn)不能滿足要求。高水頭大容量的水輪發(fā)電機(jī)組及大容量抽水蓄能機(jī)組的出現(xiàn)，對(duì)調(diào)速器提出了更高的要求.PI調(diào)節(jié)規(guī)律的電液調(diào)速器也難于滿足這些要求。國(guó)內(nèi)外對(duì)PIＤ電液調(diào)速器的研制發(fā)展迅速。3.2電氣液壓調(diào)速器的優(yōu)點(diǎn)以電氣元件代替了機(jī)械元件，這可以大大減少機(jī)械加工的工作量，并降低成本.靈敏度高，調(diào)節(jié)誤差小。電液調(diào)速器的死區(qū)為０。05％~0。1％；而機(jī)調(diào)的死區(qū)為０.1５%~0。20％.轉(zhuǎn)速或指令信號(hào)按規(guī)定型式變化，接力器不動(dòng)時(shí)間：電調(diào)不大于0。2s,機(jī)調(diào)不大于0.３ｓ.便于實(shí)現(xiàn)成組調(diào)節(jié)、遙控及計(jì)算機(jī)控制。特別是在計(jì)算機(jī)快速深入到國(guó)民經(jīng)濟(jì)及人民生活各個(gè)領(lǐng)域的今天,計(jì)算機(jī)也已開始引入到水電行業(yè)的各個(gè)方面,機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整就是其中的一個(gè)重要方面。而電液調(diào)速器為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制水電站、進(jìn)行調(diào)速器的技術(shù)改造