（1.华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂 云南大理州 675702；
2.华能大理水电有限责任公司 云南大理州 671000）
摘要：对于现代化水电厂而言，水头信号具有非常重要意义。本文从小湾水电站水头应用情况着手，简单阐述了进行调速器自动水头改造的原因以及各环节实现自动水头的原理，并从水位测量系统和调速器系统两方面重点分析实现调速器自动水头的逻辑安全策略。
关键词：小湾水电站；调速器；自动水头
引言
小湾水电站共装设6台立轴混流式水轮发电机组，单机容量700MW，总装机容量4200MW，是澜沧江中下游梯级电站的“龙头水库”。电站按照“无人值班，少人值守”原则设计，但由于水位测量系统采集水头信号准确度不高、可靠性较差，电站主要采取现地人工手动修改的方式设置调速器水头值。运行维护人员需根据水库水位的变化对6台机组调速器水头进行不定期设定，增加了运行维护人员工作量，不利于电站自动化水平提高。因此，需进行改造实现调速器自动水头以满足电站运行管理需求，为电厂“无人值班”奠定基础。
一、调速器系统水头应用情况
调速器调节的对象为水轮机，而水头为水轮机的重要技术参数。水头参数直接关系到机组的出力范围计算、机组振动区切换、PID调节参数切换、调速器空载开度计算等。电站在实际运行过程中采用手动水头，运行值班人员需根据水库水位的变化情况手动修改6台机组调速器水头值。电站水头变幅较大，为164~251米，若人工水头修改不及时或错误修改，会造成水头设值与实际水头值偏差过大影响机组调节性能，对机组开机并网造成不利影响。电站曾出现因调速器水头未及时更新导致开机失败的情况。
二、自动水头改造
1、自动水头原理图
水位测量系统采集计算水头信号送至计算机监控系统坝区LCU，监控系统上位机经逻辑优化，运算后通过“虚拟模出”测点将AGC用水头信号转发给各机组LCU，机组LCU通过模拟量模出测点，以硬接线方式，将接收到的水头信号转发给调速器系统，调速器系统经逻辑优化，提高数据抗干扰能力，优化现地人工水头和模拟量主备用逻辑，完善报警策略，实现自动水头控制。
2、水位测量系统水头采集
水位测量系统经改造后，增加了1个拦污栅前激光变送器和2个尾水闸门后雷达变送器，并对系统PLC进行更换升级，提高了系统的稳定性和可靠性。水位测量系统对各传感器水位测值进行移动平均计算，然后得到的平均值作为显示和计算差值的测值。毛水头计算分别用进水口拦污栅栅前的1只投入式变送器测得平均栅前水位Hh及1只激光传感器测得的Hj，分别与尾水闸门后2只投入式变送器测得的2个平均尾水位Ht1、Ht2以及尾水洞出口2只雷达传感器测得的2个平均尾水位Hl1、Hl2计算差值，得到4个差值数据：
ΔH1=Hh-Ht1；ΔH2=Hh-Ht2；ΔH3=Hj-Hl1；ΔH4=Hj-Hl2。
对4个差值进行有效性判断是否在164m到251m之间，如果4个差值均不在有效区间或者是传感器故障、水位测值无效时，则将上一个正确扫描周期的水头值上送。如果能得到1个有效的计算水头值时，把此值上送；若能得到2到4个有效计算水头值时，则取其平均值作为上送值，并通过4～20mA模拟量和通讯上送坝区计算机监控系统。
3、调速器系统自动水头原理
监控系统上位机通过“虚拟模出”测点将AGC用水头信号转发给各机组LCU，机组LCU通过模拟量模出，以硬接线方式，将接收到的水头信号转发给调速器系统，调速器系统经数据校验及逻辑控制优化，实现自动水头控制。
三、控制逻辑优化
为保证参与实时控制的调速器自动水头信号正确、稳定和可靠，在实现自动水头时，从水位测量系统、计算机监控系统、调速器系统三方面都采取了逻辑安全策略，以满足设备的安全、稳定运行。
1、水位测量系统逻辑安全策略
（1）验证水位测值是否在有限范围内。拦污栅前后正常值海拔水位在EL1160～1240m，尾水正常值海拔水位在EL991.90～997.91，如果测值不在正常范围，给出水位测值超范围标志。
（2）验证水位测值变化是否超标，采用可设定的周期（例如5分钟）监测新一个水位测值与上一个水位测值的差值是否超标，如果超标，给出水位测值变化超范围标志。
（3）对计算得到的4个毛水头进行有效性判断是否在164m~251m之间，如果水位测值无效时，则将上一个正确扫描周期的水头值上送。
（4）传感器故障后发报警信号自保持并不再刷新数据，直到用户检查后按复归按钮再重新监测。
2、计算机监控系统逻辑安全策略
（1）对计算水头1和计算水头2进行有效性判断是否在164m~251m之间，如果测值无效则不采用。
（2）计算水头1和计算水头2互为备用，主用计算水头1，计算水头1无效后，使用计算水头2，两者都无效则保持之前正确测值并报警。
（3）计算机监控系统配置有全自动调速器水头设置和半自动调速器水头设置。半自动即在监控系统上位机操作，手动分别调整6台机组调速器水头。
3、调速器水头逻辑安全策略
（1）调速器系统初始化时默认为自动水头，正常运行时，以自动水头下的模拟量为主用，现地人工设值为备用。
（2）调速器系统进行自动水头信号正确性判断，判断逻辑根据水头信号量程进行判断，若采集值超出水头范围（164m-251m），则水头采集故障信号报出，并自动切到人工水头，人工水头值是自动水头故障前采集值。
（3）对自动水头信号进行周期扫描，若两次数据扫描变化量超过设定值（2m）时，延时1s，水头采集故障信号报出，并自动切到人工水头，人工水头值是自动水头故障前采集值。
（4）为防止调速器水头及空载开度频繁变化，在程序中对输出水头信号进行控制，即输出水头信号与水头信号实测值进行比较，当偏差超过设定值（0.5m）时，则将实测值赋予输出值，作为当前输出水头信号。
（5）水头信号默认情况下优先采用自动水头，其次是人工设定水头。当两路路水头都故障时，水头将保持上一次的正确水头不变，水头将一直不更新，直到某路水头恢复正常。
结束语
小湾水电站调速器自动水头实现过程中，在各环节都采用逻辑校核策略逐级控制。特别对于控制功能同水头信号比较密切的地方，均进行冗余配置，并采用了通信异常检测、数据跳变闭锁及滤波处理等多种技术手段，可以有效防止通信中断及测量跳变引起的机组有功功率波动。电站调速器自动水头的实现，减少了运行人员工作量，提高了电站自动化水平，排除了电站的安全隐患，值得同行各水电站借鉴。
参考文献
[1]杨云、钱卫. 三峡电站水位测量及水头处理分析. 水电站机电技术, 2011,34(6):42-44.
论文作者:胡丰1,杨建彬2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/25
标签：水头论文; 调速器论文; 水位论文; 信号论文; 系统论文; 机组论文; 电站论文; 《电力设备》2017年第3期论文;