试验调试法在水电站调速器参数选取中的应用

刘鸿坤

(南平市建阳区黄坑镇水利水电工作站，福建■南平■354212)

1　概　述

水轮机调速器参数选择时，当比例系数过大，会造成机频多次振荡；积分系数过大，机组频率可能出现较大的等幅振荡；微分系数偏小，抑制超调能力减小，都不利机组运行。因此微机调速器应对照使用手册，通过自身内置PID参数计算软件获取调速器运行参数；对PI调节规律的调速器的整定参数可直接用极点配置法或开环对数频率特性法手工计算。

2　工程概况

雷公口电站位于福建省南平市建阳区，装机容量2×6 000 kW，发电机型号SF6000—10/2600，水轮机型号HL—TF13—LJ—100，调速器型号YDT—1800。1998年12月投产发电，是麻阳溪流域龙头电站，担负系统调峰、调频任务。电站运行水头变化大，最高水头107.3 m，最低水头67.2 m，其1号调速器大修时进行了相关的参数选取。

3　试验要求及步骤

(1)试验要求。调速器参数选择试验应在厂部大修领导小组指导下，生技科事先拟好试验大纲、工作预案，安全措施要到位，运行、检修工作人员各司其值，认真值岗。

(2)检查调速器硬件的完好性。主要对直流电源单元、本机和系统测频单元、永态转差刻度校验单元端口测试(见表1)。

4　空载扰动试验

4.1　试验目的

选取1组满足标准规定的动态指标PID调节参数作为调速器空载整定参数。

4.2　选择PID三环节的参数

根据斯坦因克里夫琴科的建议公式：暂态转差系数Bt=(1～2.5)Tw/Ta、缓冲时间常数Td=(1～1.5)Tw、微分时间常数Tn=Tw，得出电调PID三环节参数的公式为：比例增益KP=(1+Tn/Td)bt；积分时间KI=btTd；微分时间KD=Tn/bt。

结合经验公式：

1.5Tw/Ta≤bt≤3Tw/Ta

3Tw≤Td≤6Tw

Tn=(0.4～0.6)Tw

0.33Ta/Tw≤KP≤0.67Ta/Tw

0.167KP/Tw≤KI≤0.33KP/Tw

0.4TwKP≤KD≤0.6TwKP

取bt和Tn的最小值和最大值可计算得KP、KI、KD大小各2组数值，然后分别取各大小值的中间值连同原来的2组共有3组数值再加上永态转差系数bt取4%、6%、8%共3个值，一共4个因素列成表(考虑动态品质因素，对KI和KD的大、中、小值轮换取值)。试验时，从电液转换器行程4个放大比1∶1、1∶1.4、1∶2、1∶3，选择1个放大系数，一般K=1.4(见表2)。

表1　1号调速器大修试验记录(雷公口数据供参考)

表2　选择K=1.4(雷公口数据供参考)

4.3　试验方法

(1)将表2中的每组数值分别作空扰试验。

(2)在自动方式的空载工况下，对调速器系统施加频率阶跃扰动：改变频率给定50 Hz至52 Hz至48 Hz和48 Hz至52 Hz至50 Hz，目测转速表(或用PP1频率计)或用仪器自动记录升和降两次；改变PID调节参数并重复几次上述过程，通过对过渡过程的分析寻找出最优整定参数组，选取超调量较小、波动次数少、稳定快的1组调节参数作为空载运行使用。

空扰试验得到空载数据KP=1.3;KI=6.5；KD=1.8。

(3)把KP=1.3，KI=6.5，KD=1.8做一次调节品质试验，以核实一下试验选择结果是否最优；同时也检验了试验的重复性(一般做4次，取最优)，认为完全满意后就以这组参数值做整定值(见表3)。

表3　机组空载参数KP=1.3、KI=6.5、KD=1.8(雷公口数据供考)

(4)如果做空扰达不到要求，就应作定性分析，更换K值后，重新试验。

5　负载扰动试验

5.1试验目的

在空载调节参数确定后选择负载工况下最优调节参数。

5.2　试验方法

(1)根据试验预案，选取2～3组负载情况的参数组。因并网后对调速器的要求是速动性，一般负载KD应比空载KD稍大，负载情况下的KP与KI整值与机组负荷状态有关。当单机带负荷或在小电网中担任主力时，KP、KI负载值与其空载值相近；当机组并入大电网时，则可取KP负载值稍大,而KI负载值为零或接近于零。结合电站运行方式选择KP=1.3、KI=6.5、KD=2.0。

(2)在选定的空载调节参数下并网，利用功率给定旋钮带10%～20%左右的额定负荷，同空载扰动试验程序一样，找最优调节过程，确定负载最优调节参数。试验时应针对电站可能的运行方式多做几组试验，以取得不同运行方式下的最优整定参数(备用)。

6　甩负荷试验

6.1　试验目的

检验调速器调节性能，验证上面选择空载扰动试验和负载扰动试验所选取的调节参数。

6.2　试验方法

(1)在无水的情况下，利用紧急停机电磁阀，摸拟一次甩负荷试验，调整好导叶开关时间。

(2)在空载和负载扰动试验选取的调节参数下开机并网，带上负荷后，跳开发电机出口断路器，从25%、50%、75%、100%负荷逐级进行甩负荷试验。观察调节系统的过渡过程，在取得满意效果后即可确认所选定的调节参数是最优的(见表4)。

表4　1号调速器甩负荷试验 (雷公口数据供参考)

7　结　语

中小水电站调速器参数的选择是一个复杂的过程，严格来说，需要专业技术人员根据电站和机组具体情况进行仿真试验和现场试验才能准确完成，工作繁琐复杂。对于大多数中小型水电站来说，试验设施、技术条件、人员都不具备。

本文实例介绍在实际生产中，电站技术人员利用电站现有设备，通过简单试验调试法，实践操作，计算选取合适的水轮机调速器PID运行参数，操作方法安全简单、方便实用，对还在使用机调或电调的中小型水电站及老旧电站调速器的运行参数选择有很好的借鉴价值。