寶山電站調(diào)速器改造技術(shù)與效果分析

肖廣全，陳 曦，崔新明

(黑河辰能西溝水電有限責(zé)任公司，黑龍江黑河164300)

寶山電站位于黑龍江省黑河市遜克縣寶山鄉(xiāng)，是庫爾濱流域梯級開發(fā)的第 5級，總裝機(jī)3X6.5 MW。電站通過110 KV寶湯線經(jīng)湯旺河變電所送至伊春林區(qū)電網(wǎng)，在依春電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰和事故備用。伊春電網(wǎng)極不穩(wěn)定，寶山電站機(jī)組經(jīng)常調(diào)峰、調(diào)壓甚至調(diào)頻運行，這樣對其機(jī)組的調(diào)速器等配套設(shè)備的自動化程度就有較高的要求。由于歷史原因，寶山電站設(shè)備比較陳舊，多數(shù)設(shè)備還是20世紀(jì)90年代水平，加之設(shè)備健康狀況不好，存在諸多安全隱患。機(jī)組調(diào)速器的改造拉開了寶山電站自動化改造的序幕，為其提高自動化水平奠定了良好基礎(chǔ)。

1 改造過程及調(diào)速器結(jié)構(gòu)特點

1.1 改造必要性

該廠原有YDT－3000調(diào)速器3臺，是主機(jī)廠家配套的產(chǎn)品，屬于分立元件的模擬電路調(diào)節(jié)器。隨著運行年限的增加，一些缺點和問題逐漸暴露出來，不能滿足安全生產(chǎn)要求。首先該調(diào)速器在運行中存在較大的調(diào)節(jié)誤差、對負(fù)荷變化反應(yīng)遲緩、調(diào)節(jié)不靈敏、存在并網(wǎng)過程時間長等缺陷，在運行中多次出現(xiàn)調(diào)節(jié)失靈及溜負(fù)荷現(xiàn)象，不能保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運行;另外調(diào)速器各元件老化，其調(diào)節(jié)控制部分的桿件、活塞、襯套等部件磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致調(diào)節(jié)死區(qū)范圍變寬、出現(xiàn)漏油量增大等現(xiàn)象;目前3臺調(diào)速器均有較嚴(yán)重的跑冒滴漏現(xiàn)象，油泵頻繁啟動，浪費電能，既增加廠用電消耗又易引起油泵電機(jī)過熱，無論調(diào)速器處于停機(jī)備用狀態(tài)還是工作狀態(tài)，油泵電機(jī)的大量功率消耗在油液的無效循環(huán)上并產(chǎn)生熱量，促使油溫上升，而溫升又使油液黏度下降，進(jìn)一步加劇泄漏的增加，泄漏的增加又使系統(tǒng)工作效率進(jìn)一步下降，低黏度的油液流過泵、閥等液壓件時，元件特性將發(fā)生變化，而油溫升高使油液氧化加劇，降低油液和元件使用壽命，其生成的沉淀物顆粒易堵塞各控制小口，極易導(dǎo)致調(diào)速器工作不正常，對設(shè)備本體及主設(shè)備存在諸多安全隱患。綜合各方面情況，加上調(diào)速器維修需更換部件太多，而且該調(diào)速器早已被新型設(shè)備取代，備品備件很難購買，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、安全等方面考慮，已無維修價值，對該套設(shè)備進(jìn)行改造是極其必要的。

為了解除運行中的后顧之憂，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性、可靠性及性能指標(biāo)，提高電站的綜合自動化水平，該廠對調(diào)速器進(jìn)行了更新改造。

1.2 改造過程回顧

2009初年廠領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員醞釀對原有系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，鑒于該廠的油壓裝置的壓油罐、回油箱、油泵等液壓組件工作狀況基本良好，經(jīng)過分析研究，認(rèn)為只需對調(diào)速器電氣及機(jī)械液壓部分進(jìn)行改造，取消電液轉(zhuǎn)換器代之以數(shù)字邏輯開關(guān)閥作為電液轉(zhuǎn)換元件，而油壓裝置部分暫時保持不動。從性價比和技術(shù)可靠性的角度考慮，該廠選用了YWT－3000－2.5型數(shù)字式可編程微機(jī)調(diào)速器。

此調(diào)速器最大優(yōu)點是采用采用數(shù)字控制技術(shù)、運用液壓集成技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)液壓元件設(shè)計，適用于中小型水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)與控制，運行可靠、性能良好、操作和調(diào)試簡便。電氣調(diào)節(jié)器核心器件采用高可靠性的可編程控制器、漢化顯示屏以及相關(guān)模塊;電液轉(zhuǎn)換采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，產(chǎn)品的可靠性高，通用性強(qiáng)。調(diào)速系統(tǒng)采用適應(yīng)式變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)模式和PWM脈寬調(diào)制，并設(shè)有較強(qiáng)的自診斷、防錯、容錯、糾錯及Watchdog防止程序死循環(huán)等保護(hù)功能，整機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單，可靠性和調(diào)節(jié)性能都顯著提高。該調(diào)速器能使水輪發(fā)電機(jī)組在各種工況下穩(wěn)定運行，可實現(xiàn)機(jī)組的自動或手動開、停機(jī)，并網(wǎng)運行，調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，事故緊急停機(jī)等常規(guī)功能，還可以根據(jù)用戶的特殊要求增設(shè)水位和功率調(diào)節(jié)功能、裝設(shè)通信接口便于實現(xiàn)電廠計算機(jī)監(jiān)控管理等。各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9652.1－1997《水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件》的要求。

1.3 調(diào)速器結(jié)構(gòu)和特點

YWT－3000－2.5型調(diào)速器由微機(jī)調(diào)節(jié)器、機(jī)械液壓系統(tǒng)、油壓裝置等3大部分構(gòu)成，采用機(jī)電合柜的結(jié)構(gòu)形式，其電氣部分布置于柜體上半部分，機(jī)械部分布置于柜體下半部分，整個柜體布置于回油箱上，與油壓裝置構(gòu)成一體，形成組合式調(diào)速器。

微機(jī)調(diào)節(jié)器以可編程控制器(PLC)作為調(diào)節(jié)控制核心，外圍配以進(jìn)口元器件，置于電氣柜內(nèi)，柜體面板上鑲嵌有顯示屏，柜體正面上還裝有指針表、指示燈按鈕，便于調(diào)速器的操作與指示。具有較高抗干擾能力，所有I/O接口均采用光電隔離及軟件濾波。采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，取消了模擬電路。應(yīng)用自適應(yīng)式開機(jī)規(guī)律，對不同機(jī)組均能迅速安全地將機(jī)組開啟至空載，并自動跟蹤系統(tǒng)頻率和調(diào)整相位，使機(jī)組快速同期并網(wǎng)。具有獨立的電手動、機(jī)手動、自動調(diào)節(jié)，切換無擾動。

機(jī)械液壓系統(tǒng)是整個調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它接受微機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制信號，控制調(diào)速器接力器的開和關(guān)，置于機(jī)械柜內(nèi)。采用標(biāo)準(zhǔn)的電磁球閥構(gòu)成了直接數(shù)字控制的電液轉(zhuǎn)換接口，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的數(shù)字化，大大提高了液壓系統(tǒng)的抗油污能力。機(jī)械液壓系統(tǒng)全部采用標(biāo)準(zhǔn)閥件構(gòu)成，具有集成化程度高、油路通經(jīng)大、抗油污能力強(qiáng)、靜態(tài)無油耗等特點，提高了整個系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度，調(diào)試、檢修、維護(hù)簡便，實現(xiàn)了機(jī)械系統(tǒng)的免維護(hù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用集成化設(shè)計，取消了常規(guī)油壓中小型調(diào)速器的輔助接力器、主配壓閥、杠桿等所有中間結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)無明管、無杠桿，簡化環(huán)節(jié)，可靠性高，調(diào)速器的速動性好、控制精度較高。

2 改造效果

2009年12月22日，1#機(jī)組調(diào)速器改造設(shè)備安裝調(diào)試完畢后，12月24日進(jìn)行現(xiàn)場交接試驗，其各項試驗及性能指標(biāo)均可滿足DL/T563－2004、GB/T9652.1－1997、GB/T9652.2－1997標(biāo)準(zhǔn)提出的指標(biāo)要求，改造基本上是成功的。

2.1 主要試驗結(jié)果

2.1.1 頻率變化及調(diào)節(jié)時間

50～48 Hz時，調(diào)節(jié)時間為38 s;48～50 Hz，調(diào)節(jié)時間為24 s;50～52 Hz，調(diào)節(jié)時間為36 s;52～50 Hz，調(diào)節(jié)時間為21 s;以上擾動試驗超調(diào)量均不超過30%。

2.1.2 甩負(fù)荷數(shù)據(jù)

當(dāng)調(diào)速器參數(shù)設(shè)置為 Bp:6%，Bt:40%，Td:10 s，Tn: 0.2 s時進(jìn)行甩負(fù)荷試驗，所得數(shù)據(jù)如下:

1)甩負(fù)荷50%:頻率上升最高為55.4 Hz，最低下降至50.1 Hz，調(diào)節(jié)時間為41 s。

2)甩負(fù)荷75%:頻率上升最高為59 Hz，最低下降至50.03 Hz，調(diào)節(jié)時間為1 min20 s。

3)甩負(fù)荷100%:頻率上升最高為67 Hz。

2.2 主要試驗數(shù)據(jù)

主要試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 1#機(jī)調(diào)速器試驗記錄表

3 結(jié)束語

寶山電站1#機(jī)調(diào)速器通過近1 a的運行實踐，證明其性能及長期運行的穩(wěn)定性和可靠性已得到根本保證。由于該調(diào)速器密封性能及系統(tǒng)工作效率的改善，使油泵啟動間隔延長，具備顯著的節(jié)能、環(huán)保、增壽的效果。該調(diào)速器整體結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、維護(hù)工作量極小，是已建電站改造或新建電站的理想選擇之一。相信隨著機(jī)組勵磁、保護(hù)和控制等設(shè)備改造的進(jìn)一步實施，寶山電站自動化水平會大幅提高，最終實現(xiàn)無人值班(少人值守)運行，為提高經(jīng)濟(jì)效益和當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

［1］ 崔新明.水輪機(jī)調(diào)速器改造分析［J］.中國水能及電氣化，2009.