功果橋水電站發(fā)電機(jī)調(diào)速器的三機(jī)冗余控制

孟凡東，金玉成，靳麗娟

功果橋水電站發(fā)電機(jī)調(diào)速器的三機(jī)冗余控制

孟凡東1，金玉成1，靳麗娟2

（1.哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2.哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，哈爾濱 150040）

水電站發(fā)電機(jī)調(diào)速器為了獲得較高的可靠性，電氣部分主要采用雙機(jī)控制和三機(jī)控制；而機(jī)械部分主要采用雙比例閥作為電液轉(zhuǎn)換裝置的冗余控制。本文著重從電氣和機(jī)械兩方面介紹功果橋水電站調(diào)速器的控制原理，實(shí)際運(yùn)行證明該結(jié)構(gòu)成熟可靠。

調(diào)速器；三機(jī)冗余；雙比例閥

功果橋水電站裝機(jī)4臺(tái)225MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。該電站調(diào)速器均由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，并于2012年上半年前全部投產(chǎn)發(fā)電。調(diào)速器型號(hào)為WT-150-6.3，是全數(shù)字式電液調(diào)速器，主配直徑150 mm，額定工作油壓為6.3MPa。

1　電氣部分構(gòu)成及工作原理

調(diào)速器的電氣部分為三機(jī)冗余控制，電氣控制核心器件采用奧地利貝加萊公司的兩套PCC2003系列可編程計(jì)算機(jī)控制器組成雙機(jī)冗余容錯(cuò)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并配置有德國西門子S7-300 PLC作為電手動(dòng)機(jī)構(gòu)。

1.1三機(jī)冗余控制結(jié)構(gòu)及切換原理

圖1　三機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Three machine control strutcture diagram

調(diào)速器正常工作情況下，A機(jī) （PCC-A）、B機(jī)（PCC-B）和C機(jī)（PLC）在系統(tǒng)上電后均開出“本機(jī)主用就緒信號(hào)”，A機(jī)和B機(jī)先開出“本機(jī)主用就緒”者即為上電后主用機(jī)。一旦A、B機(jī)中任何一個(gè)獲得調(diào)速器控制權(quán)后，將屏蔽掉另外一個(gè)PCC和C機(jī)的控制輸出，防止控制輸出混亂，此時(shí)可手動(dòng)切換A、B機(jī)誰做主用機(jī)；當(dāng)雙PCC中任何一個(gè)出現(xiàn)致命故障時(shí)，則該機(jī)不再輸出“本機(jī)主用就緒”信號(hào)，而此時(shí)如果另一個(gè)PCC無致命故障，則調(diào)速器自動(dòng)切換到另一個(gè)PCC主用；當(dāng)雙PCC均發(fā)生致命故障而均不再輸出“本機(jī)主用就緒”信號(hào)時(shí)，而此時(shí)C機(jī)無致命故障仍輸出“本機(jī)主用就緒”信號(hào)且C機(jī)未手動(dòng)投入，則C機(jī)自動(dòng)獲得調(diào)速器控制權(quán)；無論A機(jī)和B機(jī)是否出現(xiàn)致命故障，如果手動(dòng)旋轉(zhuǎn)調(diào)速器電氣柜上“C機(jī)手動(dòng)投/退”選擇開關(guān)至C機(jī)投入位置，則A機(jī)和B機(jī)均強(qiáng)制退出控制，此時(shí)如果C機(jī)無致命故障則C機(jī)投入控制，否則所有控制輸出均被屏蔽，調(diào)速器失去對機(jī)組控制權(quán)，只有當(dāng)調(diào)試或者檢修的時(shí)候才人為切換選擇開關(guān)至C機(jī)投入位置［1-2］。

1.2控制原理

無論機(jī)組處于電手動(dòng)還是自動(dòng)工況，兩臺(tái)備用機(jī)均根據(jù)實(shí)時(shí)采集的導(dǎo)葉反饋實(shí)現(xiàn)三機(jī)之間的無擾切換。調(diào)速器接受來自觸摸屏的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置和外部反饋：導(dǎo)葉位置、主配位置、主配中位、水頭和功率反饋，通過變結(jié)構(gòu)適應(yīng)式并聯(lián)PID計(jì)算出液壓隨動(dòng)系統(tǒng)期望輸出，該輸出經(jīng)電氣開限后變成導(dǎo)葉計(jì)算輸出。

2　機(jī)械部分構(gòu)成及工作原理

調(diào)速器機(jī)械部分由德國Bosch公司生產(chǎn)的雙比例閥組成冗余電液轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)對主配壓閥進(jìn)行控制；兩套獨(dú)立的測速探頭及位移傳感器。

2.1雙比例閥工作原理

雙比例閥同時(shí)輸入相同的控制電流，通過比例閥切換主配壓閥控制油路來實(shí)現(xiàn)雙比例閥對主配的選擇控制。在當(dāng)前工作比例閥出現(xiàn)故障而另一個(gè)比例閥無故障時(shí)，電氣柜發(fā)出比例閥切換信號(hào)，液壓隨動(dòng)系統(tǒng)將自動(dòng)切換到另一個(gè)比例閥工作。

2.2比例閥驅(qū)動(dòng)電流的計(jì)算

調(diào)速器根據(jù)導(dǎo)葉計(jì)算輸出、導(dǎo)葉反饋、主配反饋和主配中位測量值來計(jì)算比例閥的控制電流，由于引入了導(dǎo)葉偏差閉環(huán)和主配壓閥偏差閉環(huán)使得當(dāng)導(dǎo)葉偏差進(jìn)入平衡范圍后主配剛好進(jìn)入主配死區(qū)帶，接力器不再運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到導(dǎo)葉接力器實(shí)際值跟蹤導(dǎo)葉接力器給定值的控制效果。

3　調(diào)速器性能試驗(yàn)

功果橋水電站調(diào)速器試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到或者優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，完全能夠滿足電站機(jī)組對調(diào)速器的性能要求，以最先投產(chǎn)發(fā)電的4號(hào)機(jī)組為例，試驗(yàn)結(jié)果如下：

3.1靜特性試驗(yàn)

調(diào)差率：4%，轉(zhuǎn)速死區(qū)：0.4/萬，非線性度：0.38%。

3.2甩負(fù)荷試驗(yàn)

不動(dòng)時(shí)間：0.14S，甩 100%負(fù)荷，最高頻率71.48Hz，調(diào)節(jié)時(shí)間33.09S。

3.3空載頻率擺動(dòng)試驗(yàn)

三分鐘空載頻率擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：第一次：最高頻率50.06Hz，最低頻率49.93Hz，最大頻率差0.13Hz；第二次：最高頻率50.07Hz，最低頻率49.92Hz，最大頻率差0.15Hz。

4　結(jié)語

三機(jī)冗余控制保證了在機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，即使兩臺(tái)主控PCC均出現(xiàn)故障時(shí)，機(jī)組仍能保持原負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，給現(xiàn)場運(yùn)維人員及時(shí)查找故障原因、排除故障贏得了寶貴時(shí)間，提高了調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)的可靠性，主配壓閥控制采用雙比例閥冗余結(jié)構(gòu)，實(shí)際運(yùn)行證明該結(jié)構(gòu)成熟可靠。

［1］魏守平.現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

［2］南海鵬.水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組PCC控制［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002.

ThreeMachineRedundantStationGeneratorGovernorControlGongguoqiao Hydropower

MENGFan-dong1，JINYu-cheng1，JINLi-juan2
（1.Harbin Motor FactoryCoLtd，Harbin，150040，China；2.Harbin Electric Power Equipment Co，Ltd，Harbin，150040，China）

The governor for hydropower station is composed by electrical part and hydraulic part，in order to enhance the stability of the governor，two or three main control processors is often adopted by the electrical part；double proportional valves as electro-hydraulic component is usually adopted by the hydraulic servo system.This paper introduces the control principle of the governor of Gongguoqiao hydropower station by the electrical part and hydraulic part.

Governor；Three main control processor；Double proportional valves

TP273.2

A

1674-8646（2015）04-0090-02

2015-04-02

孟凡東（1977-），男，遼寧人，碩士研究生，現(xiàn)從事水輪機(jī)自動(dòng)化設(shè)計(jì)工作。