数字阀PCC智能调速器在晨光电厂水电站的应用

魏书海

（黑龙江省依兰晨光发电厂，哈尔滨 154800）

晨光发电厂始建于1975年，投产于1983年。水电站使用的ST-100机械液压调速器，受当时技术、制造条件的限制，自身存在着较多缺陷，例如机械机构复杂，调整困难；机柜内部传递杠杆较多，造成死区较大、不易维修；油管路明管较多，漏油量大，等等。经过30多年的运行，该调速器的可靠性已大为降低，满足不了并网对频率的要求和佳木斯电网黑启动电源点的要求，直接影响发电和安全生产，而且附属设备老化严重，其中调速器漏油最为突出，油压装置15分钟启动一次，厂用电损耗大。因此，需要对该调速器进行更新改造。

1 改造方案

为彻底解决调速系统存在的问题，保证机组的安全运行，通过调研，根据水电站的具体情况，将2号、4号和5号转浆机组的调速器更新为ZFST-100型数字阀PCC智能调速器，将1号和3号定浆机组的调速器更新为ZFT-100型数字阀PCC智能调速器，将油压装置中的安全阀、逆止阀改造为组合阀，保留原调速器基础座部分。电气部分以PCC可编程计算机控制器为硬件主体，软件采用高级语言编程，整体采用最先进的、独特的控制技术——导叶部分采用数字阀控制，桨叶部分采用先导式比例阀控制，组成数字阀PCC智能调速器。

控制器采用奥地利贝加莱可编程计算机控制器（PCC）。PCC采用全新的控制理念，面向控制过程，充分发挥PCC多任务技术的优势，当某一任务在等待时，其它任务仍可继续执行。PCC（CPU模块CP476）的大内存、高速度为智能型调速器提供了资源保证，能自动识别电网的性质，并自动适应电站的各种特殊运行方式，如孤网运行，由大电网解列为小电网运行的突变负荷等特殊情况，均可保证机组稳定运行。PCC的平均无故障时间高达50万小时。人机对话采用触摸屏技术。

机械液压系统采用最先进、独特的控制技术，即导叶部分采用数字阀控制，桨叶部分采用先导式比例阀控制，组成数字阀智能调速器。数字阀全面替代传统的电液转换器和主配压阀，显著降低对油质的要求，从根本上解决了传统调速器电液转换元件由于油污造成的发卡弊病。数字阀集成块直接与接力器相连，无明油管路，大幅度减少漏损和油压损失，提高油压利用率。

机械液压部分的主要功能是将电子调节器的输出信号成比例地转换成接力器的位移，以控制导水机构和桨叶执行机构。它是调速器的执行机构，要精确地控制它，就必须采用闭环控制。该型调速器无传递杠杆系统，取消机械反馈，采用电气反馈，使机柜内部布置简洁明快，增大检修空间。反映导叶接力器位置的位移式传感器选用线绕精密直线电位器作为调速器开度反馈传感器，完全克服了传统电位器使用寿命短、精度低、温漂大的缺陷，并配有防水连接器，具有良好的防潮性能、抗油污能力和良好的线性度。由于取消了机械反馈，主接力器很好地参与到调节环节中，整个系统形成一个闭环伺服系统，消除了由于杠杆系统造成的调速器的死区，而且频响快，提高了调速器的灵敏度和速动性，使得该型调速器可以很好地担负起机组调频的任务。

图1 数字阀结构示意图

数字阀结构如图1所示。数字阀高度集成组合，结构紧凑，标准化、通用化、系列化程度高，可实现无泄漏控制，且具有高油压、大流量、低液阻、系统效率高等传统调速器无法比拟的优点。由于数字阀技术是采用高速电磁阀为先导阀，以插装阀为主阀，只有通/断两种状态，而且数字阀采用锥阀密封形式，可以保证在31.5MPa下无泄漏；在测频信号消失及断电等情况下，可将故障锁定；可实现快速开启与关闭，并可灵活地对开/关进行控制。因此，数字阀智能调速器的静态和动态品质极为优良。

实现与上位机的通讯，以便实现水电站无人值班少人值守，整体提升机组自动化水平。采用数字协联方式， 浆叶随动系统准确度高。

2 数字阀智能调速器的运行试验

2.1 试验条件及方法

1）手动空载频率摆动值测定

试验条件：手动方式空载工况，机组以额定转速运转。

试验方法：记录机组3min的频率摆动情况，在触摸屏上读取有大致固定周期的频率摆动幅值。重复三次，取其平均值。

2）自动空载频率摆动值测定

试验条件：自动方式空载工况，机组以额定转速运转。

试验方法：记录机组3min的频率摆动情况，在触摸屏上读取有大致固定周期的频率摆动幅值。重复三次，取其平均值。

3）甩25%额定负荷试验

试验条件：调速器处于自动运行状态，机组已并网，带25%额定负荷。

试验方法：断开机组断路器，记录机组转速、接力器行程和发电机定子电流。从示波图上直接求出以发电机定子电流消失为起始点，到接力器开始运动为止的接力器不动时间tq。

4）甩100%额定负荷试验

试验条件：调速器处于自动运行状态，机组已并网，带100%额定负荷。

试验方法：断开机组断路器，记录机组转速、导叶的接力器行程以及发电机定子电流等参数的过渡过程。

2.2 试验结果

1）空载频率摆动值测定试验结果列于表1。通过计算得出手动空载频率摆动的平均值为±0.16%，优于国家标准手动空载频率摆动值不超过±0.2%的要求。

表1 手动空载摆动试验记录表

2）自动空载频率摆动值测定试验结果列于表2。通过计算得出自动空载频率摆动的平均值为±0.07% ，优于国家标准自动空载摆动值不超过±0.15%的要求。由于PCC具有很高的测频精度，加之数字阀随动系统的死区很小，使得该型调速器可以达到优良的调节品质。

表2 自动空载摆动试验记录表

3）甩25%额定负荷试验的录波图显示的接力器不动时间为0.18s，优于国家标准接力器不动时间不超过0.2s的要求，说明数字阀PCC调速器具有很高的灵敏度。

4）甩100%额定负荷试验的录波图显示，转速最大上升为额定转速的132.9%，超过3%额定转速的波峰次数为1次，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速摆动值不超过±0.5%为止所经历的时间为28s，所有指标均优于国家标准的相应要求。数字阀PCC调速器具有很高灵敏度，甩负荷时微关阀和快关阀同时动作，使得转速最大上升值不至于太高。当导叶开度接近空载开度时，快关阀退出，使得导叶开度不至于关得太小。之后导叶开度由PID计算出的数值决定，从而使得水轮发电机组可以在最短的调节时间内，以最少的调节次数稳定在额定转速。

3 应用效果

1）数字阀智能调速器不漏油，定浆机组压油装置6h启动1次，转浆机组2h启动1次，合计年节省厂用电10万kWh。

2）年增加发电量200万kWh。2号、4号和5号转浆机组原来受调速死区的影响桨叶只能开到16度。数字阀智能调速器无死区，可开到20度，使机组带负荷能力增强。

3）并网速度加快，电压调整到额定值后频率无需调节，3分钟就可并网。

4）单机带负荷能力增强，20110421系统停电，晨光电厂单机带晨红线4000kW负荷，5号机组带固定负荷，4号机组做调频机，运行5h十分稳定。

5）调速器程序设定协联投入时，导叶1°，浆叶25°，开机停机时水导油盆不再上水。

6）机组的稳定性得到了提高，同时水导瓦上水的问题也得到了根本的解决。

7）为无人值班、少人值守、微机监控改造打下了基础。

8）改造后的调速器可适应电站的各种特殊运行方式，如孤网运行，以及由大网解列为小网运行的突变负荷等情况，均能保证机组稳定运行。

[1]齐蓉. 可编程计算机控制器原理及应用[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2002.

[2]米建国. 基于PCC可编程计算机控制器的数字阀调速器[J]. 水电站机电技术, 2006(3): 36-40.

[3]米建国. 数字阀PCC可编程智能调速器的研究及应用[C]// 水电厂附属设备技术进步研讨会论文集, 2005.