浅谈镜泊湖发电厂水轮机调速器的发展与应用

赵　罡

（牡丹江水力发电总厂，黑龙江 牡丹江 157000）

浅谈镜泊湖发电厂水轮机调速器的发展与应用

赵罡

（牡丹江水力发电总厂，黑龙江 牡丹江 157000）

摘要：随着时代的飞速发展，水轮机调速器早已迈入数字化信息时代，作为日伪时期投产的电站—镜泊湖发电厂水轮机调速器的技术性能远远不能满足电力系统及自身的安全稳定运行，设备迫切需要更新换代。本文阐述了镜泊湖发电厂调速器经过多年数次全面技术改造，详细了解设备改造后的运行情况进行比较分析。

镜泊湖发电厂；机械液压调速器；电气液压调速器；微机调速器；步进电机PLC型调速器

调速器是电力系统反应发电机的转速与给定额定转速偏差并根据这一偏差相应地调节原动机输入动力大小的设备，是有效地调节控制发电机的输出出力、维持发电机的给定额定转速、保证输出频率一致的重要设备。

回顾国内水轮机调速器的发展史，从20世纪60年代设计研制的机械液压型调速器；70年代研制开发晶体管电液调速器，并从分离元件发展到集成电路电液调速器，80年代研制开发微机调速器这3个历史发展阶段。目前微机调速器以其结构简单、操作方便、可靠性高等特点以全面取代其他类型调速器。90年代，随着可编程逻辑控制器（PLC）、可编程计算机控制器（PCC）技术的不断完善，相继开发出不同品牌的PLC、PCC型微机调速器，其水轮机调节系统灵敏度高，转速死区小，稳定性好，速动性能优良等特点成为水电站广泛应用的主导产品。

1.镜泊湖发电厂及其调速器的概况

镜泊湖发电厂位于黑龙江省宁安县境内，现有新发电厂和老发电厂两个发电站，（以下简称新厂、老厂），老厂始建于1937年日伪时期，总装机容量3.6万kW。镜泊湖发电厂新厂兴建于1968年11月，总装机容量6万kW。镜泊湖发电厂水力枢纽，主要以发电为主，兼顾牡丹江中下游工农业生产、生活用水，水产养殖，水上运输及防洪调节等多种经济效益。

作为黑龙江地区最早建成的水电站—镜泊湖发电厂，电站设备运行周期早已超过年限，6台水轮机调速器在系统中已经不能很好地满足调节性能的要求。为此，镜厂不断对调速器进行升级改造与更新换代，使调速器运行效果明显提高，满足电厂机组安全稳定运行。

2.机械液压调速器

镜泊湖发电厂老厂自建厂以来，1、 2号机组均安装天津水电控制设备厂生产的T-100A机械液压调速器。经过近40年运行发现该液压调速器暴露出许多问题：

（1）信号源引起的故障：老厂采用与发电机同轴的永磁机作调速器频率信号源。由于机组长期运行产生振动，会使永磁机电压、频率周期性变化，加大飞摆装置的自动调节，使调速器发生反复抽动现象。

（2）自动调节与控制机构引起的故障：电气装置动作原理结构复杂，离心飞摆部件故障频发，测频精度差，机械部件配合间隙逐渐增大并存在着死行程，反馈灵敏度滞后的现象，引起控制机构动作迟缓，造成整台调速器调节性能变坏。

（3）对水轮机调节系统引发的不良影响：空载时频率波动大，稳定性差；机组频率不能自动跟踪电网频率，机组同期并网冲击电流大，难于及时准确并网。

3.电液调速器

70年代初，随着国内首台晶体管电液调速器的诞生并衍生发展到集成电路电液调速器。1984年，将镜厂6台水轮机调速器依次进行升级改造，采用天传所自行研制的BDT-100型电液调速器。该设备电气装置采用了半导体元件，寿命长、反应迅速、工作可靠无需预热；电气装置结构为抽屉式，便于检查和更换；采用中间接力器并从其引出反馈系统，提高了反馈系统的速动性。

改造后，经阶段运行仍存在许多问题：

（1）结构设计不合理：电气柜结构为抽屉式，若设备发生故障，通常将所有抽屉拉开，拆下电路板用仪器仪表逐一排查。

（2）设备运行不稳定：机械柜内液压控制机构原理结构复杂，油管路分布较多，引导阀与主配压阀因油质问题出现发卡现象，影响调速器的运行。

（3）工艺质量差：电气柜内部晶体管电路板均由电子元件组成，在通/断电或电气柜长期工作时，会产生突变冲击电流引起电子元件损坏，影响电气柜正常运行。

4.微机调速器

1990年～1993年，经实地考察论证，将镜新、老厂1-4机组更换为天传所研发的TDSWT-100型双微机调速器。该设备以Z-80微型计算机作为主机，其由两套微机构成，采用模块化软件、结构式硬件，通过PIO实现双机间快速数据通信，双机互为主备用，当工作机故障时，备用机自动转为工作机。

1995年，将镜新厂5、6号机调速器更换为TDWT2型微机调速器。该设备是以日本三菱公司的高可靠性FX2可编程控制器为核心的PID调节器和以电液随动系统为执行机构的水轮机调速设备。该设备软件模块化，具有自诊断、放错、容错、纠错等功能。

更换后微机调速器经长期运行，一些问题也逐渐浮出水面，暴露无疑：

（1）测频方式：该调速器通过外加测频单元，采用单片机智能化测频，该方式易受外界信号干扰，会降低调速器整体可靠性。

（2）机/电转换部件：采用电液转换器来实现机/电转换的，作为调速器的关键部件，一旦环节出现问题，将会造成电液转换器发卡、拒动等现象的发生。

（3）运行不稳定：双微机调速器电气调节装置的集成电路元件较多，易受电磁干扰引起单片机与调速器发生死机，影响调速器运行。

5.步进电机PLC型调速器

2000～2005年，将镜厂6台机组依次更换为天传所最新研制的TDBWT系列步进电机PLC型调速器，主要由微机调节器控制柜与机械操作柜两部分组成。

TDBWT系列步进电机PLC型调速器采用适应式变结构、变参数并联PID调节模式；用步进电机-凸轮直控主配压阀的传动装置代替电液转换器构成的新型电液随动系统具有抗油污能力强、速动性好、耐磨损、免维护等特点；调速器的机组频率测量由PLC本机完成，作为核心的微机调节器组成的调速系统抗干扰能力强、响应快、准确度高，具有优良的静、动态品质。

作为技术先进的成熟产品，它的高可靠性和良好的技术性能得到了认可，弥补了上述调速器存在的问题。其系统原理结构图如图1所示。

图1　

结语

本文主要论述了镜厂调速器的发展过程与应用现状，通过不断地改进与更新换代，大大地提高了调速器调节性能，为机组安全发电提供了保障，满足了水电厂实现无人值班（少人值守）的技术标准，为电厂实现智能一体化的“一流水电厂”创造了有利的条件。

[1]沈祖诒.水轮机调节[M].北京：水利水电出版社，1988：1-6.

[2]蔡维由.水轮机调速器[M].武汉：武汉水利电力大学出版社，2000：1-6.

[3]魏守平.水轮机调速器的PLC测频方法[J].水电能源科学，2000，18（4）：31-33.

[4]蔡维由.基于可编程序控制器的水轮机微机调速器[J].武汉水利电力大学学报，1995：28（1）：66-72.

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