摘要：蜀河水电厂自安装投产以来，机组调速器性能长期不太稳定，调节性能差，调节灵敏度差，超调现象严重；压油泵启动频繁，最短5分钟启动一次；不能实现机组水头自动采集调整；调速器一次调频性能较差，未能发挥最大潜能。检修维护工作量大，不能实现今后机组远方集中监控的要求。蜀河水电厂经前期调研、选型和数据分析，提出优化设计方案及参数要求，委托厂家设计制造。在二号机组A级检修中进行调速器换型改造，达到了贯流式水轮机调速器调节品质优化的目的和效果。提高了机组调速器的安全可靠性、调节性能和一次调频效果，进而为整个机组的运行提供可靠保障，创造较好的经济效益。
关键词：贯流式水轮机；调速器；调节品质；一次调频
0 引言
调速器是水电机组的一个非常重要的控制系统，直接关系到整个机组的安全稳定运行，是机组安全、经济运行的重要保障。如果机组调速器出现异常，轻则导致机组紧急停机，重则导致机组出现超速、飞车、轴承油系统致命性损伤，严重威胁机组安全运行。贯流式水轮发电机没有蜗壳和引水部件，直接承受自然界的水流变化，完全依靠调速器系统对导、桨叶转角度数的精密调节，来保证机组在优良的工况下安全经济运行。因此，贯流式水轮发电机调速器的调节品质显得尤为重要。
蜀河水力发电厂6台机组均为灯泡贯流式水轮发电机组，机组额定功率为45MW，最大水头26.30m，额定水头19.60m，最小水头为10.5m。由于我厂六台机组调速器投产运行已经近8年之久，调速器性能长期不太稳定，部分缺陷虽然经厂家多次处理，但是不能根本消除。主要表现在：调速器调节性能差，调节灵敏度差，超调现象严重；调速器机械零位及电气零位不稳定，导叶、桨叶调速器频繁调节；压油泵启动频繁，最短5分钟启动一次；不能实现机组水头自动采集调整；调速器一次调频性能较差，未能发挥最大潜能；调速器稳定性差，检修维护工作量大，不能实现今后机组远方集中监控的要求。
因此，蜀河水力发电厂经前期调研、选型和数据分析，提出优化设计方案及参数要求，委托厂家设计制造。在二号机组A级检修中进行调速器换型改造，调速器安全可靠性将极大提高，进而为整个机组的运行提供可靠保障，创造较好的经济效益。
1 原有设备状况
蜀河水力发电厂6台机组均采用比例伺服冗余电转微机双调大型电液调速器（PFWST150-6.3）。原调速器系统采用比例阀+主配压阀的原理和结构形式。由于我厂调速系统投产运行已经近8年之久，调速系统性能长期不太稳定，部分缺陷虽然经厂家多次处理，但是不能根本消除。主要表现在：调速器控制系统导叶、桨叶抽动；压油泵启动频繁，最短5分钟启动一次；调速器超调，导叶、桨叶机械及电气零位漂移；不能实现机组水头自动采集调整；调速器一次调频未能发挥最大潜能；调速器稳定性差，检修维护工作量大，不能实现今后机组远方集中监控的要求等。
2 原因分析及改造的必要性
⑴根据2012年7月的《二号机组调速器性能试验》中的甩负荷试验数据表（表1）。说明原调速器在机组甩负荷后的调节时间过长，tE/tM严重超过国标要求（不大于10倍）；机组甩50%及以上负荷后，转速最小值低于90%，机组自动灭磁，未能保持空载运行。机组甩负荷试验中的调节时间过长，和机组转速过低自动灭磁现象，充分证明原调速器的精准度和灵敏度较差，导致调节性能不良易发生超调现象。
表1 甩负荷试验结果
⑵2014年7月，二号机组调速器投入一次调频功能后，调速器转速死区从原来的0.20HZ调整为0.05HZ，对调速器的精准度和灵敏度要求更高。导致机组运行中调速器需频繁调节才能满足一次调频功能的要求。机组运行中调速器的频繁调节，加大了主配活塞与衬套的磨损，使遮程间隙增大，主配压阀漏油量增大。主配压阀漏油量增大使得机组运行中需要的导、桨叶开度（即是机械及电气零位）难以保持，进一步需要调速器的频繁调节来满足机组运行要求。从而形成了一个恶性循环，导致压油泵启停频繁。
⑶机组调速器投入一次调频功能后，对调速器的精准度和灵敏度要求更高。“两个细则”的积分考核要求也在逐步提高。原来的调速器性能已完全不能满足机组安全稳定经济运行的要求，必须选择调节品质优良的新型调速器进行换型改造。
3 新型调速器性能介绍与对比
蜀河水力发电厂经外出调研考察和论证，决定选用某水电科技开发有限公司设计制造的CVZT－150-6.3型数字式水轮机调速器。CVZT－150-6.3是基于现代液压数字逻辑插装技术而开发的一类新型调速器。该类调速器采用逻辑插装技术，由高速开关阀与逻辑插装阀等标准液压件进行元件-组件-回路的多层次组合与优化设计，进而实现调速器调节与控制的所有功能。它突破了近一个世纪以来一成不变的电气-机械/液压转换元件（电液转换器或微型电机等） + 主配压阀的经典形式、以及制造工艺与结构布置等方面的种种制约，系统的调节、控制无需由“中间位置”与机械反馈来保证，使调速器的设计、制作与生产发生了根本性的变化；它兼顾了机械液压动作的可靠性、微机的适用性和阀的简单化。具有高可靠性、响应快、动作平稳性好、定位精度高、工作效率高、节省油源消耗等独特优点。
4 项目实施及优化
2018年4月20日，蜀河水力发电厂在二号机组A级检修中完成调速器换型改造项目。同时对压油泵出口组合阀和事故配压阀进行了换型改造。2018年4月25日，二号机组进入72小时试运行。同时进行了二号机组调速器性能验收试验，调速器性能优良。
⑴机械液压系统的改进。采用一组逻辑插装阀替代单个的主配压阀，利用旁路叠加的方式达到精细化调节的要求。调节更为精准，且不需要调整零位来保证严密性。且单个插装阀磨损后便于更换配件，既省时也节省费用。
⑵控制系统的改进。采用高速开关阀+ 逻辑插装阀，用数字逻辑插装技术的直接数字控制，指令简单唯一。不需要微机通过D/A与机械液压接口的间接数字控制，多重信号反馈转换比对。
表2调速器性能换型对比表
5 试验结果及应用
2018年4月24日至25日，进行了二号机组调速器性能验收试验。依据相关标准完成了调速器测频单元、静特性、不动时间测试等静态试验和空载试验、甩负荷等动态试验。其中甩负荷试验结果如表3。
表3-甩负荷试验结果
试验结论：
⑴静特性各项指标满足标准要求；
⑵整定了空载调节参数后，空载摆动值满足标准要求；机组自动开机过程满足标准要求；
⑶接力器不动时间测得不动时间为0.18秒，满足不大于0.2秒的标准要求；
⑷甩100%负荷时最高频率、导叶进口压力均满足设计要求；机组甩负荷调节时间较短，tE / tM符合符合国标要求（低于10）；
⑸机组带负荷工况下，调速器为开度模式，一次调频投入，KP=8.0、KI=9.0、KD=0，
DB-=0.04Hz，DB+=0.035Hz永态转差系数bp=2.5%，调速器调节方式为开度模型。考虑到机组振动区域不宜运行，确定在机组27MW、36MW、40MW负荷下进行了一次调频性能试验。在每个工况下作了±0.15Hz频率阶跃扰动试验及模拟实际电网频率扰动试验。试验结果表明机组一次调频性能满足自频差超出一次调频死区开始至机组有功功率达到90%目标值的上升时间t0.9不大于15s、至功率调节达到稳定所经历的时间ts不大于30s的标准要求。
6 应用效果
蜀河水力发电厂在二号机组A级检修中完成了调速器换型改造项目。自2018年4月25日，二号机组调速器开始投运。换型改造后，二号机组调速器漏油量减小；机组运行中压油泵平均每1.5小时启动一次，机组停备时中压油泵平均每8小时启动一次。压油泵组合阀换型后，运行状况良好无异音。换型改造后，二号机组运行中一次调频效果较好，调速器调节品质明显提高。尤其是在2018年7月21日蜀香Ⅰ、Ⅱ线雷击事件中，当时运行的5台机组，只有调速器换型改造后的二号机组保持孤网运行，其余4台机组全部停机跳闸，充分提高了机组运行的安全可靠性。同时取得良好的经济效益，两个细则中一次调频积分同比增长和节约厂用电两项合计，新增利润141.65万元。
7 结论
蜀河水力发电厂经前期调研、选型和数据分析，提出优化设计方案及参数要求，委托厂家设计制造；在二号机组A级检修中进行调速器换型改造，达到了贯流式水轮机调速器调节品质的优化与应用的效果，提高调速器性能和机组一次调频效果。贯流式水轮机在甩负荷过渡过程的动态品质，直接影响机组的运行安全和使用寿命。采用CVZT－150-6.3型液压数字逻辑插装技术的新型调速器，由高速开关阀与逻辑插装阀等标准液压件进行元件-组件-回路的多层次组合与优化设计，进而实现调速器调节与控制的所有功能。它突破了传统的电气-机械/液压转换元件 + 主配压阀的经典形式、以及制造工艺与结构布置等方面的种种制约，系统的调节、控制无需由“中间位置”与机械反馈来保证，使调速器的设计、制作与生产发生了根本性的变化；它兼顾了机械液压动作的可靠性、微机的适用性和阀的简单化。具有高可靠性、响应快、动作平稳性好、定位精度高、工作效率高、节省油源消耗等独特优点。可以推广到其他贯流式水轮机及其它双调机组的应用。
论文作者:唐军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
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