摘要：比例阀加伺服电机控制的具有主配自复中功能的调速器。
关键词：灯泡贯流式；调速器；主配自复中功能；改造
1概况
金溪水电厂共安装四台单机容量为37.5MW的灯泡贯流式机组，额定水头14.5m，额定转速115.4r/min。调速器主配压阀采取比例阀+脉冲阀的控制方式，不带自复中功能，采取精度10uμm滤芯。运行过程中发现，比例阀对油质、交直流电源的稳定性要求相当高，曾多次出现调速器偷开偷停机组，电磁脉冲阀不能开机，工作时机组负荷波动较大，且调速器控制软件内无事故追忆记录及相关传感器的调校窗口。2009年底进行技术改造，采用比例阀+伺服电机且主配自复中的控制方式。2010年4月完成四台机组调速器的改造，设备运行至今工况稳定，给检修维护带来很多直观的故障判断依据。
2 改造方案
2.1机械液压系统改造
2.1.1主配压阀及控制部分改造
比例伺服阀+伺服电机微机调速器液压系统中，比例伺服阀是输出信号压力油的主要元件，控制主配压阀输出压力能，来操作接力器。紧急停机电磁阀处于优先位置，保证机组在紧急状态下安全可靠关机。液压部分设置了伺服电机直线位移转换器，当调速器交、直流电源发生故障时，伺服电机直线位移转换器能保证主配压阀自复中，维持水轮机导叶在故障前的位置，并可手动安全停机。
2.1.2液压系统组成
调速器液压系统组成为: 主配压阀、双精滤油器、伺服电机直线位移转换器、紧急停机电磁阀、比例伺服阀、手/自动切换阀。
2.1.3比例伺服阀控制回路（主通道）
主压力油分为两路，一路为操作油，进入主配压阀的压力腔，以及主配压阀的恒压腔；一路经过双精过滤器输出控制油。
进入主配压阀活塞恒压腔的压力油，经过双精滤油器的洁净油，一路依次经过比例伺服阀、手/自动切换阀、紧急停机电磁阀到主配压阀的控制腔。另一路经过液压反馈阀、手/自动切换阀、紧急停机电磁阀到主配压阀的控制腔。
在自动或电手动工况下，微机调节器给比例伺服阀的驱动放大器输出电气信号，比例伺服阀的阀芯换位，输出压力信号油。当来自于比例伺服阀的压力信号油进入主配压阀的控制腔时，主配压阀的主活塞向下运动推开开机腔的窗口，接力器向开机方向运动。主配压阀内部的直线位移传感器，将主活塞的位移反馈至驱动放大器，驱动放大器信号回归中位，这时接力器继续开启。同时，接力器的传感器也将接力器的实际开度值，反馈至驱动放大器，当接力器运动至设定值时，主配压阀的活塞回归中位，接力器停止在设定开度；同理，当主配压阀控制腔的油，通过比例伺服阀通回油时，主活塞向上运动打开关机腔的窗口，接力器向关机方向运动，运动至预定开度时，传感器反馈信号，使比例伺服阀及主配压阀的活塞都回归中位，接力器停止运动，保持在某个开度。
比例伺服阀具有四个工作位，通常只用三个工作位，即开、关、停。只有当比例伺服阀出现故障或失电时，才处于第四个工作位，第四个工作位称作故障保险位，处于这个位时，主配压阀的控制腔通回油，这时接力器关闭。即系统关机，这样可充分保证机组安全。
2.1.4主阀自复中
正常状态下手/自动切换阀长期带电，主阀活塞受比例伺服阀压力油控制，实现自动运行和电手动运行；失电时，手/自动切换阀自动切到复中位，切断了比例伺服阀的控制。而始终保持在中位的伺服电机直线位移转换器，作用于液压反馈阀，液压反馈阀打开工作窗口，驱使主配活塞回到零位，接力器停止运动，保持当前开度。
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在此工况下，如果需要关机，可以手动操作手柄，伺服电机直线位移转换器的输出杆带动液压反馈阀的阀芯向上运动，液压反馈阀回油口打开，主配控制腔的油通过液压反馈阀回油，主活塞朝上运动，接力器关闭。手动操作手柄，伺服电机直线位移转换器的输出杆带动液压反馈阀的阀芯向下运动，带动液压反馈阀打开油窗口，操纵接力器关机。因此，在交直流失电时调速器可以保持当前工况开度，也可以进行纯机械手动操作。
2.2调速器控制程序改造
2.2.1人机界面程序
开放导叶、桨叶开度传感器零度和满点的修正设置窗口，方便传感器的更换调校。开放导叶、桨叶开度传感器采样值窗口，方便判断传感器性能工况。将频率、导叶开度、桨叶开度、导叶给定、桨叶给定、有功功率、水头等模拟量进行实时录波，将开机令、停机令、断路器分合信号、增减负荷令、一次调频投退令等开关量进行重要指令记录，如果出现调速器事故，可以调阅录波图和重要指令，根据录波图和重要指令准确快速判断故障原因。将A/B机切换、通讯状态、比例阀卡阻、导叶接力器传感器故障、桨叶接力器传感器故障、导叶主配反馈故障、桨叶主配反馈故障、手自动切换阀故障等可以直接通过软件判断的故障列入故障信息表，给运行与维护带来极大方便，无须用万用表的情况下，就可以准确判定故障点。
2.2.2 PLC程序
2.2.2.1避免误甩负荷
机组出口断路器的分合信号来自于断路器的辅助触点，从断路器辅助触点至PLC开关量输入模块，中间有4个接线端子中转，由于机组振动与大坝混凝土振动混合在一块，安装在发电机层的电气设备振动大，经常出现断路器开关信号抖动，引起溜负荷现象甚至逆功率运行。有鉴于此，在PLC程序中将甩负荷判据设为：有断路器跳开信号且有频率上升的趋势的工况下，甩负荷成立。这样有效避免假甩现象。
2.2.2.2克服水头波动大
由于金溪水电厂调速器水头采用大坝上下游水位传感器的差值进行比较，水位数据波动大导致水头波动大，为了满足自动水头的要求。在PLC程序中采取多点记数，然后将各个记数点进行加权平均计数水头，每15min输出一次加权平均水头值。
2.2.2.3软件判断硬件故障
通过给定值与比例阀反馈值的比较判定比例阀卡阻，如果给定值后无新反馈值或是比给定值小，则比例阀已卡阻，发送至人机界面报警显示。在比例阀控制程序中增加5Hz的低频扰动，让比例阀阀芯不停地左右轻微摆动，最大限度防止阀芯卡阻。
通过导叶、桨叶传感器的采样值与零点或满度的设定修正值进行比较判定传感器故障，如果采样值超过设定修正值，则传感器故障。
通过开出手自动切换指令与手自动切换阀位置开关信号比较，判定手自动切换阀故障，如果有开出切换指令无切换后的状态反馈，则切换阀故障。
3 试验
试验项目主要包括：调速器静态特性、转速死区和随动系统不准确度的测定、开关机时间的测定、自动开停机、空载扰动、频率给定、频率跟踪、负载扰动、甩负荷、掉电自复中、故障模拟、A/B机无扰切换、一次调频试验以及机组参数率定试验。通过各项测试分析认为：改造后调速器的主要实测性能指标满足国标考核要求，控制调节迅速且稳定，调节过程平滑，未出现超调和波动现象。
4 结束语
贯流式机组由于水头低、转动惯量小、转速变化快空载时比其他类型机组较难控制，需要调速器有较快的响应速度和良好的调节性能.通过改造，目前调速器运行稳定、维护简单、方便。
作者简介：
郑春，男，汉族，四川营山人，工程师。曾参与多个水电站电气设备安装及调试，现从事水电厂生产经营管理工作，对计算机监控系统及调速器系统有丰富的实践运用经验。
论文作者:郑春
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
标签：调速器论文; 故障论文; 反馈论文; 传感器论文; 水头论文; 桨叶论文; 比例论文; 《电力设备》2017年第16期论文;