亭子口电站机组调速器系统的改造和优化

冯 磊

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，以防洪、发电及城乡供水、灌溉为主，兼顾航运以及拦沙减淤等综合利用效益。工程主要建筑物有拦河大坝及泄水建筑物、左岸及右岸灌溉渠首进水塔及渠首引水隧洞、垂直升船机及电站厂房等。电站共安装4台单机额定容量为275 MW的水轮发电机组，总装机容量1100 MW，截至2014年5月1日，4台机组已相继投产发电。

调速器系统采用长江三峡能事达股份有限公司生产的型号为NSD-MGC4004PS-D150/6.3，PLC为施耐德M340型双控制器比例阀+伺服电机组成的单调节型调速器，15寸彩色工控机。A机为控制伺服电机，B机为控制比例阀，互为热备冗余，当主用机工作的同时，备用机实时采集、处理数据及故障报警，但不参与控制输出 （仅主用机控制输出）；当主用机出现大故障时，备用机能够快速无扰动切换至主用状态工作；双机均有独立的工作电源，任何一套电源故障都不会影响调速系统正常运行。

1 调速器开机并网判据的改造和优化

1、2号机调速器并网判据原设计为发电机出口断路器合闸同时5001开关合闸或5003开关合闸；3、4号机调速器并网判据原设计为发电机出口断路器合闸同时5002开关合闸或5003开关合闸。针对原设计判据，目前开关站为三角形接线方式，对于1、2号机组并网运行时，当5002开关和5001开关由于故障或其他原因跳闸，发电机出口断路器和5003开关仍在合闸时，机组实际已与系统解列，但调速器仍然判断在发电态，容易使机组引起过速；同理对于3、4号机组并网运行时，当5002开关和5001开关由于故障或其他原因跳闸，发电机出口断路器和5003开关仍在合闸时，机组实际上已经与系统解列，但调速器仍然判断在发电态，容易使机组引起过速。因此，做了如下调整:将1、2号机调速器并网判据改为发电机出口断路器合闸同时5001开关合闸或发电机出口断路器合闸同时5003和5002开关合闸；将3、4号机调速器并网判据改为发电机出口断路器合闸同时5002开关合闸或发电机出口断路器合闸同时5003和5001开关合闸。

2 调速器控制回路的改造和优化

2.1 调速器事故停机按钮控制回路的改造和优化

原设计机组调速器事故停机按钮按下不启动水机保护回路或PLC机械事故停机回路，只是投入紧急停机电磁阀，将导叶全关，不执行其他操作。此种设计方式存在缺陷，不利于机组在紧急情况下辅助设备的正常投退，影响机组安全稳定运行。根据设备实际运行情况将其控制回路修改为调速器事故停机按钮按下启动水机保护回路 （一般事故停机）和PLC机械事故流程，机组将执行水机流程或PLC机械事故流程停机，即投入调速器停机、跳出口断路器、跳灭磁开关、投入调速器紧急停机电磁阀、启动正常停机流程，各辅助设备都能正常投退。

2.2 调速器紧急停机控制回路的改造和优化

1～4号机组调试期间，机组在电手动方式下开机空转，模拟事故信号，紧停电磁阀动作，在电手动方式下复归紧停电磁阀后，机组能自动开至事故前保持的导叶开度，但还存在设计上的缺陷:紧停电磁阀动作信号没有送至调速器A套、B套PLC程序中，相应的数据未进行清零处理或者紧停动作后没有停机令送至调速器A套、B套PLC程序中执行停机流程处理，这容易造成在未投高顶装置或在投风闸的情况下，导叶电手动方式下自动开启至事故前的开度而可能导致烧瓦或风闸闸板损坏，严重影响机组安全运行。改造后将其回路增加1个扩展继电器，当紧急停机电磁阀动作后，将此动作信号送至调速器A套、B套PLC程序中，由程序执行停机流程处理将A套、B套导叶开度给定等相关数据全部清零。

3 调速器重要参数设置不当引起开机失败或异常

3.1 人工或自动水头设置不当引起开机失败

（1）4号机组试运行后首次上位机自动开机至空载，监视开机流程执行至 “调速器开机令”，导叶开启至16%左右时无法继续开启，转速在规定时间内无法上升至90%Ne，随即4号机组导叶全关、4号机组开机过程复归、监控报 “转速未到90%Ne以上，流程退出”；现场检查发现PLC程序内部自动水头设置 4～20 mA对应0～15000 m，实际应对应0～100 m，造成水头比实际放大150倍，当水头切换至自动水头时换算出水头为9450 m，就会引起只要在自动水头时程序认为在最大自动水头，对应的空载开度为15.5%左右。所以自动开机时在无法开至实际水头对应的空载开度21%左右，造成开机失败。

（2）2号机组C级检修于4月初完成后，开机试验过程中，上位机发2号机组空转令，导叶开启至19%左右时无法继续开启，转速在规定时间内无法上升至90%Ne，随即4号机组导叶全关、监控报“转速未到90%Ne以上，流程退出”，2号机组开机失败。对调速器电气柜触摸屏上给定操作菜单设置进行检查，发现水头为人工水头且设置值为75 m，而实际水头只有65 m左右，造成在规定的时间内无法开至65 m下对应的空载开度引起开机失败。

3.2 比例阀参数设置不当引起调速器异常

4号机试运行过后根据调度要求负荷由225 MW减至200MW时随后出现较大幅度波动，运行人员由A套切B套自动，导叶突然开至99.7%，再切换至A套自动，人为将负荷降至200 MW，恢复正常。通过对调速器B套PLC内部程序进行检查发现程序内部比例阀配置文件设置不对，实际应为4～20 mA电流型 （中位位置12 mA），而程序中设置为0～10 V电压型 （中位位置5 V），而比例阀内阻经测量为200 Ω，主配在中位时电压应为5 V，换算得电流为25 mA，远远超出20 mA最大量程范围，造成由A机切换至B机时直接给定最大开度100%。

3.3 防范措施

（1）以上几起由于设备参数设置不当造成机组开机失败或异常情况，暴露出机组在调试过程中存在设备隐患未及时得到沟通解决的问题，在机组交接过后遗留的缺陷也未及时处理，影响机组稳定运行，为此，将在加强专业技能学习的同时进一步完善参数定值台账的管理。

（2）加强设备定期巡回工作，特别是节假日和雷雨天气时要对重要参数加强重点巡回，将设备隐患消除在萌芽状态。

4 结 论

通过对1～4号机组调速器控制回路的改造和优化，对设备日常的维护管理，积极排查设备存在的隐患，及时处理，提高了机组运行安全稳定性。

［1］孔昭年，赵坤耀，等.水轮机电液调速系统及其装置技术规程［M］.北京:中国标准出版社，2004.

［2］孙邦彦，吴应文，等.水轮机调速器与油压装置试验验收规程［M］.北京:中国标准出版社，1997.

［3］郑阿奇.施耐德PLC应用技术［M］.北京:电子工业出版社，2011.

［4］郑涛平，邹海青，陈明泉.亭子口水利枢纽电站水轮发电机组选型设计及主要技术问题探讨［J］.水力发电，2013,39（6）:21-23.