关键字：水轮发电机，调速器，功率调节
计算机监控系统和调速器控制系统是水电站水轮发电机发电控制的主要自动化设备，两者相互配合，实现水轮机的开停机、功率调节等功能。其中功率调节的配合方式类型主要有通讯协议（MODBUS或485串口协议）、直流模拟量信号（4~20mA或0~5VDC）、电平脉冲信号，其中模拟量信号的方式涉及两个系统间信号的线性变换，本文针对某电站的线性变换参数不合适造成机组功率调节异常导致逆功率保护动作的故障进行分析。
1、计算机监控系统和调速器控制系统功能简介：
计算机监控系统负责接收值班人员或调度系统下达的操作命令，包括开停机、增减负荷等；调速器控制系统能够对水轮发电机转速进行调节，使机组可以保持在额定转速允许偏差内正常运转，执行来自计算机监控系统的命令，调节接力器开度大小，实现机组功率的增减；当计算机监控系统下达的是负荷指令时，调速器就是一个自动控制器，其次才是一个执行机构，这时调速器需要接收实时负荷的反馈；当计算机监控系统下达的是导叶开度指令或者开度增减命令时，调速器就是只是一个执行机构，自动控制器是计算机监控系统，计算机监控系统接收实时负荷反馈和调速器导叶开度反馈。 不同的方式下，两个系统之间的传输的信号是不同的，相应组态和编程也不同，发生故障的情况下状态也不同。
2、计算机监控系统对调速器控制系统功率调节指令的下达方式简介：
计算机监控系统对调速器控制系统功率调节指令的下达方式主要有通讯协议（MODBUS或485）、模拟量信号（4~20mA或0~5VDC）、电平脉冲信号。其中通讯协议的方式需要计算机监控系统和调速器控制系统支持相同的协议，数值传递准确，但容易受到通讯协议不匹配、现场干扰源无法隔离等影响，实际工程应用不多；模拟量信号的方式通过标准模拟量信号转换成调速器控制系统内部对应功率值，需要设置线性转换参数；电平脉冲信号方式，通过两个增、减电平信号，不同脉宽表示不同的功率命令值。
3、水电厂计算机监控系统对调速器控制系统功率调节指令典型故障描述：
某水电厂有功功率闭环在调速器逻辑实现，监控系统通过硬接线输出4-20mA模拟量方式设定调速器有功给定值，监控系统下达有功设定值后由调速器自行调整机组有功直至达到设定值。调速器有频率、功率、开度三种运行模式，开机未并网前运行在频率模式，并网后运行在功率模式，在调速器程序内部设定4-20mA信号对应0到155MW有功功率。调速器配置双套PLC实现自动控制，分别命名为A、B套。正常情况下调速器在A套下运行，当出现机频故障、网频故障、测频板故障、导叶中位反馈故障、导叶接力器反馈故障、导叶驱动器故障时，调速器由A套自动切换至B套自动运行；如果在B机自动运行下再出现机频故障、网频故障、测频板故障、导叶中位反馈故障、导叶接力器反馈故障、导叶驱动器故障时，调速器由B套自动切至B套手动运行。
某日该水电厂开机过程中，断路器合闸后瞬间带有功在-3MW至-5MW，调速器导叶开度由并网前16%自动回关至10%，并引起逆功率保护动作，机组跳闸。
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经过查看对比3号机调速器A、B套PLC程序参数发现：调速器A套iA_In有功通道采样值为-6577，调速器A套PLC功率给定校正零点参数设定值iA_Min为-6500，根据有功功率给定码值计算公式1，可以计算得出A套有功功率给定码值为iA_OUT=12，根据有功功率给定值计算公式2，可以计算出调速器A套当前功率给定计算值为4（即A套当前有功给定值为0.4MW）；调速器B套iA_In为有功通道采样值为-6577，调速器B套PLC功率给定校正零点参数设定值iA_Min为-7400，根据有功功率给定码值计算公式1，计算得出B套有功功率给定码值为iA_OUT=-133，根据有功功率给定计算值计算公式2，计算出调速器B套当前功率给定计算值为-50（即调速器B套当前有功给定值为-5MW）。
调速器PLC程序内部计算公式如下：
公式1：有功功率给定码值计算公式
iA_OUT:=（iA_In- iA_Min）*4000/（iA_Max- iA_Min）
公式2：有功功率给定计算值计算公式
iA_OUT1 = (iA_OUT) * (iB_Max - iB_Min) / (4000 + iB_Min)
iA_OUT: 有功功率给定码值
iA_OUT1：有功功率给定计算值
iA_In:有功通道采样值
iA_Max=-32144有功通道矫正满度值
iA_Min=-6500和-7400有功通道采样零点值
iB_Max=1550换算成实际机组功率最大值
iB_Min=0换算成实际机组功率最小值
调速器有功通道采集模块将直流电流信号转换为十进制码值，0mA对应0,20mA对应-32767。
公式1把有iA_In功通道采样值转换为量程为4000的码值iA_OUT，iA_Max、iA_Min既为调速器功率线性参数，iA_Max为满度值，由试验20mA输入标定；iA_Min为零点，由试验4mA输入标定。该电厂在做标定试验时，只标定了A套的参数，机组检修完成后恢复接力器接线造成调速器控制系统A、B套切换，而B套调速器iA_Min参数不合适，造成了功率给定为负值，机组逆功率保护动作。
公式2把iA_OUT有功功率给定码值转换为量程为1550的iA_OUT1有功功率给定计算值；因计算过程都是整数运算，小数会被程序约掉，故计算结果量纲为MW的十分之一。
4、故障处理方法与分析：
针对调速器控制系统B套设备重新标定iA_Min有功通道采样零点值；计算机监控系统设置并网初始负荷；公式2增加归零判断，既当iA_OUT1有功功率给定计算值小于零时，将iA_OUT1置为零，编程如下：
{
if（iA_OUT1<0）
iA_OUT1=0;
end if；
}
以上程序可以防止有功功率给定计算值小于零的情况出现，阻止机组因功率给定回路异常而造成机组负荷降为负值。
5、结束语
直流模拟量信号在电力工业控制系统，尤其电厂计算机监控系统有大量工程应用，工程人员在组态或编程时，对变送器、传感器等信号源的信号处理时会进行滤波、量程线性转换、归零处理等，但对于控制器之间的模拟量信号传输则往往只会做量程线性转换，对于滤波和归零经常忽略。对于功率回路的模拟量信号传输，输入存在量程大、要求精度高的特点，其中对精度的要求在某些工况下超过了通道的出厂精度，因此检修期间的线性校正必须落实到位。本文通过工程应用中的实际案例，提出了对此类信号的故障处理方法，优化了信号处理程序，提高了系统稳定性。
参考文献
6、参考文献
[1]水轮机调节 第三版：河海大学 沈祖诒，1998
[2]水轮机调节系统并网运行技术导则：国家能源局，2013
作者简介
刘洋（1981年10月），男，昆明，长沙理工大学本科，工程师，自动化专业
论文作者:刘洋
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
标签：调速器论文; 功率论文; 监控系统论文; 信号论文; 机组论文; 故障论文; 控制系统论文; 《中国电业》2019年第19期论文;