摘 要：高速开关阀属于脉冲式流体控制，只有“开/关”两个状态，响应时间约短，逻辑插装阀取代了常规微机调速器的主配压阀，两者的运用打破了调速器传统结构模式，本文介绍了该类型的调速器在水电厂的运用。
关键词：调速器；数字阀；逻辑插装阀
1概况
沙田水电站位于湖南省汝城县沤江流域上，装有三台20MW和两台25MW混流式水轮发电机组，设计水头137.2m，为引水式发电站。其中#3机组设计流量18.82，额定出力20MW，额定转速600r/min,飞逸转速1100r/min。
2 原水轮机调速器存在的问题
#3机自1973年投入运行以来，调速器经过了多次改造。随着使用年限的增加，电气控制元件已老化，机械组件磨损严重，其工作性能及设备状况已无法满足电站的安全生产要求，原水轮机调速器主要存在的问题如下：
（1）调速器控制系统结构较复杂，有多个测频模块和电源模块，故障率较高，复杂的配置降低了整体的可靠性；微机电调曾多次出现电气控制A、B套运行不稳定，导致机组无法并网。
（2）主配压阀漏油量较大，导致油压装置油泵启动频繁，据实测数据，#3机调速器油泵每隔5min启动一次，备用时7 min启动一次。
（3）步进电机运行时间较长，电机轴与中间接力器的连接丝杆有磨损，机械磨损的杂质进入调速器后引起伺服阀、引导阀发卡，调速器主接力器曾多次出现抽动现象，导致机组有功负荷来回波动。
（4）机组检修，调速器切至“手动”状态，导叶零点漂移大，达到3.7%开度，有引起机组随时转动的危险。
为确保调速器能满足机组安全稳定运行以及电网调控的相关规定，经调研研究决定，2017年年初在#3机组检修期间将#3机调速器改造更换为CVT-100数字式水轮机调速器。
3 CVT-100数字式调速器系统的构成
更换后的CVT-100数字式调速器由PLC微机电子调节器、液压随动系统两部分组成。
3.1 PLC微机电子调节器
电子调节器采用双PLC冗余配置，其核心部件为可编程控制器（组成：CPU单元、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、高速计数模块、电源模块）、输入/输出信号调理模块（智能功放/驱动回路：将微机输出的TTL信号调制放大后，驱动+24V电压等级的数字阀组，输出信号为数字脉冲信号）。
3.2 机械液压随动系统
其基本结构特征可归纳为先导控制、阀座主级、嵌入式联接。各组件之间采用模块化结构有机地组合与叠加在一起。主要包括:数字(高速开关)先导阀组、逻辑插装阀基本单元组合而成的液压功率驱动阀组、开关机/紧急关机时间调整机构、可换滤芯的滤油器、滤油器堵塞发讯器、手动排气阀、滤油器堵塞或切断时旁通保护阀、开/停机脉冲控制阀、紧急停机阀组、控制压力调节机构等构成。
4 CVT-100数字式调速器系统原理介绍
微机调节器接收的命令，根据采集到的信号，通过软件进行复杂的运算、运行状态的转换、调节规律的综合，进而得出相应的控制量，其控制量通过外围接口驱动液压随动系统的高速开关阀，进而实现主级液压放大，最终实现对主接力器及其机组的相应调节与控制。这种调速器的微机调节器输出的是数字量，接收这些数字信号和起电-液转换作用的是高速开关阀；而起流量和功率放大作用的主级是主控功率阀组，该组合阀取代了常规微机调速器的主配压阀，即由高速开关阀进行液压先导控制，以逻辑插装阀作为主级放大控制元件。
4.1 高速开关阀原理
高速开关阀在CVT系列调速器中起到从电气脉冲量到液压量转换的作用，即“电-液转换”的作用。它属于脉冲式流体控制，只有“开/关”两个状态，响应时间约0.5 ms ~3 ms，作为计算机与液压系统的桥梁，它可直接与计算机接口而无需D/A转换，从而使流体控制数字化，显然，高速开关阀起到了所谓“数字阀”的作用。
通过对高速开关阀的通断信号进行调制，即通过控制脉冲频率和脉冲宽度，就可以实现对流量或压力接近连续的控制，以驱动插装阀主级平稳启闭。它具有结构简单、抗污能力强、重复性好、工作稳定可靠、节能、可直接与计算机接口等优点。
4.2 主控阀原理
主控阀(即逻辑插装阀)是实现调速器主级位置随动控制的关键组件，其功能是接收来自高速开关阀或比例阀先导油路的压力/流量信号，使主阀芯产生相应动作，进而控制通向主接力器主控工作腔油路液流的变化，以控制主接力器在任意位置定位。
4.3 调速器系统工作原理
以局部油路为例说明，如图所示的为增侧局部油路在自动方式开度增加过程中的油路状态。分析如下：当调节器的控制信号使高速开关阀(HVZ)通电时，其阀芯下移，此时其控制口K通过高速开关阀与回油口T沟通，而回油口T又通过选择阀(KC1)与回油箱联通。这样先导压力控制油依次通过流量调节阀(CH)的A口与B口、高速开关阀、选择阀，最后通向回油，液流通过流量调节阀时将产生与流量成线性关系的压力降，故流量调节阀出口B的压力与高速开关阀流量成线性关系，而它又与插装阀控制腔K相联，因此，通过控制高速开关阀的流量，即可控制插装阀控制腔K的压力，进而使插装阀的开度与高速开关阀的流量成线性关系。
当接力器的位移量与所需的调节控制量一致时，高速开关阀断电，此时其控制口K与回油口T截止，这样先导压力控制油经过流量调节阀直接作用于插装阀控制腔K,使图3所示左右2个插装阀关闭，通向接力器左/右侧工作腔的油路被截止，接力器停动并静止在与调节控制量相对应的位置上。从中可以看出，接力器的动作控制与稳定调节，并不是建立在控制阀的“中间位置”基础上的。
5 调试与试验
CVT-100数字式调速器的安装调试都很简单，#3机调速器安装调试只用了一周时间全部完成。#3水轮发电机组调速器试验数据如下：
6 结束语
CVT-100数字式调速器以快速开关阀取代电液转换器，具有较高的可靠性和频率响应，抗干扰能力强，彻底解决了电液转换器抗油污能力差、易卡涩的弊病；由逻辑插装阀组件代替辅助接力器和主配压阀，具有密封性能好、静态耗油量小、无零位漂移、元件互换性好等优点。机械液压随动系统采用模块化结构，可根据使用需要进行灵活的组合和布置，整个液压控制柜具有很高的集成度，无任何杆件、钢丝绳及外露管道。
我站#3机油压装置油泵在调速器投运后约4.5小时启动一次，备用时约7-8小时启动一次，启动时间为12~15S，由此计算每年节约大量厂用电量。从我站#3机两年来的运行情况表明，CVT-100数字式调速器的性能相当优越，工作效率高、节能效果明显，在调速器领域具有很大的发展空间和推广价值。
参考文献
[1]曹波 数字式调速器在新安江水电厂的应用[J].水电站机电技术，2013（2）：34-35
[2]吴正良等 逻辑插装技术新型调速器在水电厂的应用[J].水电站机电技术，2016（6）：30-33
[3]张绪胜 数字式可编程微机调速器应用[J].科技论坛，2012.10（2）：63-66
论文作者:汪辉宇
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/16
标签：调速器论文; 微机论文; 机组论文; 流量论文; 油路论文; 液压论文; 脉冲论文; 《中国电业》2019年第12期论文;