水轮机调速器改造后功能介绍

刘飞林

中电投江西电力有限公司江口水电厂，江西新余 338025

0 引言

用于江西江口水电站的伺服电机型调速器机械液压系统是由长江三峡能事达电气股份有限公司生产制造的。作为高新技术产业，长江三峡能事达电气股份有限公司多年来专业致力于电厂控制设备的生产，产品包括水轮机调速系统、发电机励磁系统等，产品已在全国范围内被广泛应用。在激烈的市场竞争下，该公司注重科技的创新和产品性能的改进。以下是对江西江口水电厂所采用的伺服电机型调速器机械液压系统的介绍及改造后的水轮调速器的功能说明。

1 伺服电机型调速器机械液压系统

1.1 设计原理

此调速系统自动运行及电手动运行回路的控制元件为伺服电机，伺服电机的旋转运动转换为机械的直线位移输出，驱动引导阀上下运动，通过主配压阀液压放大输出压力能，来操纵接力器[1]。

处于优先位置的紧急停机阀，可保证机组在紧急状态下，安全可靠关机。

当调速器交、直流电源发生故障时，伺服电机直线位移转换器能保证主配压阀自复中，维持水轮机导叶在故障前的位置，并可纯机械手动安全停机。

1.2 液压系统组成

调速器机械液压系统由：伺服电机直线位移转换器、双精滤油器、主配压阀、引导阀、紧急停机电磁阀等元件组成。

1.3 液压系统工作原理

伺服电机微机调速器机械液压系统采用直联型块式结构，实现了调速器柜内无明油管，整体结构紧凑、新颖、美观。

微机综合数字信号经定位模块转换为频率固定的定位脉冲信号给伺服电机驱动器，驱动器控制输出为3相交流电压使交流伺服电机产生额定转矩为22kgf·cm的角位移，此角位移经伺服电机上的编码器反馈给驱动器，使伺服电机的角位移与驱动器的输入信号成比例，与此同时通过滚珠丝杆传动副转换为直线位移，经引导阀和主配压阀，产生足够的液压操作力，控制接力器来调节水轮机的导叶开度和轮叶开度。

主接力器的位移经电气反馈装置转换为电信号，它与PID调节器输出信号综合后送至驱动器。

机械液压系统分为单调调速系统和双机调速系统。

进入主配压阀活塞恒压腔的压力油，始终具有推动主活塞向关闭方向运动的力。经过双精滤油器的洁净油，经过引导阀、紧急停机电磁阀到主配压阀的控制腔。

自动与电手动运行工况为伺服电机投入运行工况。

在伺服电机失电状态下，伺服电机直线位移转换器自复中，转入纯机械手动操作工况。

1.3.1 伺服电机控制回路

伺服电机直线位移转换器作为电/机转换器，将电气控制信号转换为机械位移输出，驱动引导阀动作，转换为液压流量，改变主配压阀控制腔的油压值，主活塞在压力差的作用下，朝上或朝下运动，打开工作窗口，接力器开始运动。

当电机顺时针（或手柄逆时针）转动时，直线位移转换器的调零杆上移，高于零位，引导阀阀芯向上移动，驱动主配压阀活塞向上，接力器向关方向运动。

当电机逆时针（或手柄顺时针）转动时，直线位移转换器的调零杆下移，低于零位。引导阀针塞向下移动，驱动主配压阀活塞向下，接力器向开方向运动。

1.3.2 主阀自复中及纯机械手动功能

伺服电机失电，由于主配压阀自复中，接力器保持在当时开度。因为失电时伺服电机直线位移转换器失去了驱动力，调零杆在复中弹簧的作用下回到中位（机械零点）引导阀与主配活塞跟随回到零位，接力器停止运动，保持当时的开度。

1.3.3 紧急停机电磁阀的工作原理

紧急停机电磁阀设置在最靠近主配压阀的位置，给紧急停机电磁阀发出停机信号，阀芯换位，将引导阀的控制油切断，同时使主配压阀的控制腔通回油，接力器迅速关机。

调速器恢复运行时，必须使紧急停机电磁阀复归。

紧急停机阀复归后，接力器应保持在全关位。

1.4 主要部件

1.4.1 伺服电机直线位移转换器

伺服电机直线位移转换器，主要由交流伺服电机，精密滚珠丝杠传动副、复中弹簧等组成。

在伺服电机控制运行时，伺服电机接受电气控制信号，正传或反转，带动丝杆转动，螺母就上或下运动，与螺母连接的调零杆随着上下运动，引导阀与主配压阀活塞随动与调零杆，打开工作窗口，操作接力器。

朝上运动为关机，朝下运动为开机。

1.4.2 主配压阀

它由阀体、主配压阀主活塞、主衬套等组成。 这是一种带有辅助接力器的、液压控制式的主配压阀，与其接口的是液压反馈阀（引导阀）。

1.4.3 紧急停机电磁阀

此阀是一个两位三通的电磁换向阀，一位为停机，一位为正常（复归），线圈短时通电，即可换位，阀芯带有定位机构，断电后自保持在当前的位置，阀芯上有按钮，可人工操作停机和复归。电源为DC220V。阀芯还配备有微动开关，阀芯换位时发出电节点信号，给电气回路用于判断阀芯的位置。

1.4.4 精双滤油器

该滤油器安装主配压阀上方的压力油管路中，用以保护紧急停机电磁阀、引导阀等控制元件及执行机构的，可有效地防止污染避免故障.延长元件使用寿命。

它由二芯组合，由手动换向阀切换，一个工作另一个备用。两组间切换时，可确保油路不中断，调速器继续工作，并且切换时接力器无扰动。

2 调速器（改造后）

调速器设备内部含有精密仪器，对存放、运输的条件要求比较高。在运输过程中不得倒置，以免损害内部器件；储存必须放置在货台上或木制的底架上，保持干燥。不得在室外露天存放或被雨淋湿，被水淹没。改造后的调速器运行操作功能更加完善，主要表现在：

1）调速器的工作方式

调速器的工作方式有机械手动、电手动和自动三种工作方式。机械手动运行时，调速器不受电气系统频率控制。电手动运行时，可操作面板增加/减少把手控制接力器的开度。自动运行时，调速器根据不同工况控制导叶开度。在正常并入大电网状态，调速器在三种方式下切换无扰动。

2）调速器的调节模式

调速器具有频率、开度和公路三种调节模式。自动工作方式下空载运行时为频率调节模式；负载运行时自动切换为开度（或功率）调节模式，并可在三种模式下无扰动切换；负载运行时若频率超差（>50.5Hz或<49.5Hz）自动切换为频率调节模式。

3）调速器的运营状况

调速器的运营状况分六种：停机待机、开机过程、空载运行、负载运行、甩负荷运行和停机过程。如图为调速器控制流程图。

4）适应水头变化的自适应功能

5）调速器的控制方式

调速器的控制方式有远方和现地两种。远方控制是从中控室直接控制或通过监控系统操作控制，是正常运行中的主要控制方式；现地控制是通过现地把手开关和人机界面操作控制。

6）适应水头变化的自适应功能

改造后的调速器，水头数据可以通过智能汉化界面人工输入。调速器在开机过程中的接力器开度根据当前水头值自适应调整，使其快速并网。

3 结论

江口水电厂在对水轮机调速器改造后，其工作方式和运营模式都得到改进，自适应功能大大提高了效率，面板及维修故障处理操作更加方便快捷，为水电站水轮机效率的提高提供了良好的基础。

[1]长江三峡能事达电气股份有限公司.http://www.nengshida.com/cn/，2012.