关键词：水轮机调速器；自动切换模式；系统故障；容错控制
1引言
当前水电站水轮机所采用的调速器，多为可编程的电液调速器。调速器可通过对水轮机当前转速的实时监测，通过对相应参数的调整，使水轮机的转速达到稳定与平衡的标准，以实现对流量的控制。调速器运行过程中，受水力及机械本身等因素的影响，系统及测频电路很容易出现故障，明确诊断故障，并将相应的容错控制方法应用到调速器运行的控制过程中，使之能够自动切换运行方式，是解决上述问题的有效途径。
2水轮机调速系统的工作原理及其特点
2.1 水轮机调速系统的工作原理
水轮机调速系统的工作原理如下[1]：（1）通过对机组频率的采集，获得水轮机的转速信号。（2）将水轮机当前的转速信号，与编程过程中的给定频率进行对比，判断两项数据是否存在差异，如转速信号与给定信号相同，调速器需继续采集信号，并作出对比。（3）如转速信号与给定信号不同，加调速器需通过对两者差值的计算，给予电液转换器以命令。（4）电液转换器根据调速器的开或关的命令，调节水轮机的转速，进而使水流量得到调整。
2.2 水轮机调速系统的特点
系统的特点如下：（1）自动化水平高：水轮机调速系统多为可编程系统，可自动通过对信号的收集，实现对水轮机转速以及水流量的控制，自动化水平高，对水电站运行效率的提升具有重要价值。（2）故障发生几率高：水轮机及其调速系统，受水力、机械以及电气因素的作用，发生故障的几率较高。一旦发生故障，维修一般较为困难。因此，加强容错控制较为必要。
3水轮机调速系统故障诊断的方法
水轮机调速系统故障诊断方法包括自诊断与互诊断两种。两种诊断方法的原理及适用性均不相同[2]：（1）自诊断：自诊断指由系统本身的核心处理单元诊断故障的一种诊断方式。包括离线诊断与实时诊断两种。离线诊断模式下，系统核心处理单元可在设备运行结束后，自行诊断故障。实时诊断需在设备运行的过程中进行。以自诊断中的离线诊断为例，当核心处理单元检出设备存在故障后，可通过预警的方式，将故障的类型等反馈给维修人员，提醒其立即维修，以免导致故障扩大化。（2）互诊断：互诊断指多个CPU之间相互诊断，并通过通信的方式，实现对诊断信息的传输。该诊断方式较少见。目前，水电站水轮调速系统的诊断方法，仍以以核心处理单元为主要元件的自诊断方法为主。
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4调速器测频电路常见故障及容错控制方法
4.1 调速器测频电路的故障处理技术
调速器测频电路常用的故障处理技术，包括容错技术、避错技术、纠错技术以及结构重组技术4种类。避错技术是当故障出现时，通过增量鉴别以及函数鉴别的方法，排除故障，避免故障的发生对水轮机的运行状态产生负面影响的一种技术。纠错技术指通过修改参数的方法，调整调速器运行状态的一种技术。结构重组技术指在调速系统发生故障时，重新调整系统结构，使之重新配置，达到解决故障的目的的一项技术。上述3种技术均不常用，当前，容错技术为水电站水轮机调速器故障处理所应用的主要技术。
4.2 调速器测频电路常见故障及容错控制的手段
调速器测频电路的常见故障包括由电路盘损坏或短路所导致的故障以及由残压测频电压互感器受电磁干扰而产生的故障两种，容错控制的关键，在于对卡尔曼滤波算法的应用：
4.2.1 调速器测频电路常见故障
水轮机调速器测频电路的功能在于测量水轮机的运行频率，进而判断水轮机的流量是否稳定。如测频电路出现故障，极容易对调速器功能的发挥造成影响。测频电路的常见故障主要包括两种。一种为由电路盘损坏或短路所导致的故障。该故障发生后，机频通常为0，较容易识别。另一种故障由残压测频电压互感器受电磁干扰而产生，故障多表现为测频丢失或测频数据精确度差等。该故障隐蔽性强，如不及时给予维修，容易导致故障扩大化，对水电站的运行效率与稳定性造成影响。将容错控制技术应用到故障的控制中，是提高水轮机调速系统整体性能的主要方法。
4.2.2 调速器测频电路容错控制手段
可将卡尔曼滤波法应用到调速器测频电路容错控制的设计过程中，降低电路发生故障的几率：（1）频率调节：当频率存在偏差时，系统可立即将偏差信号送入PID控制器中，将信号校正并放大。放大后的信号，可被送入电机伺服系统。系统将电信号转换为机械信号，传递给水轮机组。水轮机机组根据所得到的机械信号，控制水轮机的运行速度，控制进水量，以实现对水轮机测频电路的容错控制。（2）PID控制器及水轮机参数：PID控制器比例系数处于0.1--20之间。积分系数处于0.05--10之间。微分系数最大为5，最小为0。考虑水流的惯性问题，可将时间常数应用到参数的控制中，以减轻系统的动态性及波动性，提高测频的稳定性。（3）系统频率扰动响应与功率扰动响应之间存在联系，将卡尔曼滤波算法应用到电路的容错控制中，经高抗扰性水轮机调节系统后，两种响应的时间等参数，均能够得到控制。当电网频率波动过大时，发电机组的指标数据，均会被调整至设计值，进而达到容错控制的目的，提高水轮机调速系统运行的稳定性，使水轮机调速器运行方式自动切换模式得以实现。
5结语
参考文献：
[1]刘利,丁凯,柯刚. 基于PLC外加计数模块的水轮机调速器频率测量[J]. 人民长江,2015,46(13):58-60+85.
[2]刘强. 新型“冗余电转”调速器在大型灯泡贯流机组中的应用[J]. 水电能源科学,2013,31(10):152-155.
论文作者:江小金
论文发表刊物:《科技中国》2017年10期
论文发表时间:2018/5/2
标签：调速器论文; 水轮机论文; 故障论文; 系统论文; 电路论文; 信号论文; 技术论文; 《科技中国》2017年10期论文;