CCS電站調(diào)速器系統(tǒng)簡介

高創(chuàng)，敖成彥

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650001）

CCS電站調(diào)速器系統(tǒng)簡介

高創(chuàng)，敖成彥

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南昆明650001）

介紹CCS電站的調(diào)速器功能、特點、控制與調(diào)節(jié)。了解和認(rèn)識調(diào)速器的調(diào)節(jié)和控制原理與方式。

調(diào)速器；調(diào)節(jié)；控制；噴針；折向器；開度

1　電站調(diào)速器的概述

CCS水電站的總裝機容量8×205 MW，是目前世界上單機容量最大的沖擊式水輪機組，調(diào)速器采用六噴六折的方式。該電站位于厄瓜多爾境內(nèi)，是厄瓜多爾目前在建的最大水電站。

沖擊式水輪機組適用于高水頭、小流量的水電站。它將來自壓力鋼管的水，經(jīng)噴嘴后轉(zhuǎn)換為高速的射流，切向沖擊轉(zhuǎn)輪，推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動發(fā)電，為保證水輪機組能順利的并網(wǎng)發(fā)電，必須可靠有效的控制水流，因此必須配備調(diào)速器。它的主要功能就是在機組運行時，保證其輸出的電能頻率、電壓、電壓波形穩(wěn)定。通常調(diào)速器是通過調(diào)節(jié)進入水輪機的水量來實現(xiàn)這一目的的。對沖擊式的機組來說是通過移動噴嘴以改變噴針的開度，從而改變水的流量。由于沖擊式水輪機的壓力鋼管一般比較長，一次噴針不能關(guān)閉的太快，否則會產(chǎn)生極大的水壓，危害壓力鋼管的安全，同時，又必須在極短的時間里切除射流，以防止出現(xiàn)飛逸，因此，機組一般采用噴針與折向器雙重調(diào)節(jié)的操作機構(gòu)

2　電站調(diào)速器系統(tǒng)的組成

CCS電站的調(diào)速器系統(tǒng)主要包括電氣部分和機械部分。所覆蓋的范圍：調(diào)速器電氣控制柜、調(diào)速器油泵控制柜、油壓系統(tǒng)本體、調(diào)速器機械控制柜、事故配壓閥、油管路、噴針和折向器的本體。

電氣控制盤柜內(nèi)設(shè)有PLC控制系統(tǒng)，220/24 V DV電源模塊，兩套CPU可編程控制器，輸入輸出模塊、模擬量輸入模塊和組合輸入輸出綜合模塊。面板上設(shè)有手動、自動控制方式選擇開關(guān)，功率和轉(zhuǎn)速顯示表，噴針開度增/減選擇開關(guān)，折向器開度增/減選擇開關(guān)、報警指示燈、緊急停機按鈕等。還配置了觸摸屏，進行狀態(tài)監(jiān)控，操作設(shè)定、實時錄波、數(shù)據(jù)存儲等功能。

調(diào)速器油泵控制柜內(nèi)設(shè)有PLC控制系統(tǒng)，220/24 V DV電源模塊，兩臺軟啟動，面板上設(shè)有手動、自動控制方式選擇開關(guān)及按鈕選擇兩臺油泵的控制方式，補氣的方式選擇開關(guān)及按鈕。還有觸摸屏，可查看開關(guān)量的狀態(tài)。

油壓系統(tǒng)本體包括回油箱、壓力油罐、兩臺油泵、濾油器、組合閥、壓力表、壓力開關(guān)、油位開關(guān)、補氣閥等自動化元件。該部分主要為調(diào)速器提供動力，依靠油的壓力開啟或關(guān)閉調(diào)速器。

調(diào)速器機械控制柜內(nèi)設(shè)有6個噴針的伺服比例閥和6個折向器的伺服比例閥?？删幊炭刂破鞯男盘栔苯幼饔糜诒壤y，使之按信號的正負(fù)、大小成比例的向噴針接力器的開、關(guān)腔輸入壓力油，從而驅(qū)動接力器向開機或者關(guān)機的方向運動。折向器的控制又有不同，只在開機腔加壓力油開機，關(guān)機時靠腔內(nèi)彈簧關(guān)機。面板上有6個噴針和6個折向器的開度表、轉(zhuǎn)速表和緊急停機按鈕

事故配壓閥是為了實現(xiàn)緊急停機，在液壓系統(tǒng)回路中設(shè)置1臺由先導(dǎo)閥和12個執(zhí)行閥組成的組合閥。事故配壓閥的動作有兩種控制方式：①先導(dǎo)閥可由機組監(jiān)控系統(tǒng)自動控制或由現(xiàn)地手動控制。先導(dǎo)閥換向動作后使12個執(zhí)行閥動作，切斷6個來自折向器比例閥的控制油路，將6個折向器接力器開腔接通排油，折向器接力器在彈簧力的作用下關(guān)閉。②機械過速保護裝置上的行程換向閥動作后，切換先導(dǎo)閥的油路，使12個執(zhí)行閥動作，關(guān)閉所有折向器。

噴嘴和折向器接力器開/關(guān)時間調(diào)整：噴嘴開啟時間通過6個單向節(jié)流閥調(diào)整；噴嘴關(guān)閉時間通過6個單向節(jié)流閥調(diào)整。折向器關(guān)閉時間通過6個單向節(jié)流閥調(diào)整。上述閥門布置在事故配壓閥后的管路上，位于水輪機墩+X和+Y間的孔口外側(cè)。調(diào)節(jié)開啟噴針的時間為50 s左右，關(guān)閉噴針的時間為40 s左右，關(guān)閉折向器的時間為3 s左右。

3　調(diào)速器系統(tǒng)的控制模式

調(diào)速器具有多種控制功能及運行方式，各控制方式均能夠獨立地完成對機組的調(diào)節(jié)控制，彼此之間既相互獨立又相互聯(lián)系，并能夠手動及自動轉(zhuǎn)換。在各控制方式之間實現(xiàn)了信號的有效跟蹤，所以各方式切換能夠平衡無擾動地完成

該電站的調(diào)速器有4種控制模式：轉(zhuǎn)速控制模式，流量控制模式，功率控制模式，水位控制模式。并網(wǎng)前，調(diào)速器只按轉(zhuǎn)速控制模式運行。并網(wǎng)后，調(diào)速器可以按流量控制模式，功率控制模式，水位控制模式及轉(zhuǎn)速控制模式（用于孤網(wǎng)運行）運行，各控制模式之間均可無擾動互相切換。4種控制模式均在自動操作方式下實現(xiàn)，各控制模式均有各自的傳遞函數(shù)。

（1）轉(zhuǎn)速控制模式

調(diào)速器根據(jù)機組轉(zhuǎn)速信號自動調(diào)整噴嘴開度，使機組在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)速控制模式采用并聯(lián)PID型結(jié)構(gòu)，通過對轉(zhuǎn)速給定值與實際機組轉(zhuǎn)速值的差值進行PID運算，以決定運行噴嘴的開度。永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)決定了頻率變化對調(diào)節(jié)輸出的影響。

（2）流量控制模式

調(diào)速器根據(jù)流量設(shè)定值，按水輪機特性參數(shù)計算需運行噴嘴的個數(shù)及其開度，并使噴嘴在該開度下運行。運行人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置流量設(shè)定值，或通過增/減指令改變流量設(shè)定值。

流量控制模式的流量給定值可以在-5%～105%之間進行調(diào)節(jié)。流量控制模式在機組并網(wǎng)后才能選用。在其他模式運行期間，流量給定值將跟蹤實際流量值，這樣可實現(xiàn)任何時候模式間的無擾切換。噴嘴開度是從流量給定值及投入運行的噴嘴數(shù)計算出來的。

（3）功率控制模式

調(diào)速器根據(jù)功率設(shè)定值與實際功率反饋值調(diào)節(jié)運行噴嘴個數(shù)及其噴嘴開度，使機組按功率設(shè)定值運行。運行人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置功率設(shè)定值，或通過增/減指令改變功率設(shè)定值。

功率控制模式需要機組的功率反饋構(gòu)成閉環(huán)，若反饋故障，則調(diào)速器將自動切換至流量模式工作。

功率控制模式的功率給定值可以在-5%～105%之間進行調(diào)節(jié)。功率控制模式在機組并網(wǎng)后才能選用。在其他模式運行期間，功率給定值將跟蹤實際功率值，這樣可實現(xiàn)任何時候模式間的無擾切換。

（4）水位控制模式

調(diào)速器根據(jù)水位設(shè)定值與實際庫水位反饋信號調(diào)節(jié)運行噴嘴個數(shù)及其噴嘴開度，使機組按水位設(shè)定值運行。運行人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置水位設(shè)定值，或通過增/減指令改變水位設(shè)定值。

水位控制模式需要當(dāng)前水位信號構(gòu)成閉環(huán)，若水位信號故障，則調(diào)速器將自動切換至流量模式工作。

水位控制模式的水位設(shè)定值，只能在調(diào)速器觸摸屏或監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)定。水位控制模式在機組并網(wǎng)后才能選用。當(dāng)切換至水位控制模式時，水位給定值首先等于實際水位值，然后以一定斜率變化至其設(shè)定值，從而最大限度地減少模式轉(zhuǎn)換時的擾動。

4　調(diào)速器的操作方式

調(diào)速器有3種操作方式：自動操作，手動操作及緊急停機操作。手動操作與自動操作通過調(diào)速器電氣柜上的“自動/手動”切換開關(guān)選擇；緊急停機操作通過電氣柜上的緊急停機按鈕或機械柜上的緊急停機按鈕操作，也可由來自監(jiān)控系統(tǒng)的緊急停機指令操作。

（1）手動操作

手動操作主要在調(diào)試期間使用，當(dāng)“自動/電手動”選擇開關(guān)處于手動位置時，可在電氣柜面板上通過“增加/減少”開關(guān)對在觸摸屏上選中的需手動操作的噴嘴進行開啟/關(guān)閉操作。

在各噴嘴手動操作過程中，其相應(yīng)折向器的開度將根據(jù)協(xié)聯(lián)曲線自動操作。

調(diào)速器處于手動操作方式，將不接受監(jiān)控系統(tǒng)除緊急停機指令之外的任何指令（如開機、停機、負(fù)荷變化等指令）。

（2）自動操作

“自動/手動”選擇開關(guān)置于自動位置時，調(diào)速器的運行將根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的指令自動控制。

1）自動開機

調(diào)速器接到監(jiān)控系統(tǒng)的開機指令后，將按5%/s（該值可在現(xiàn)場調(diào)試過程中進行調(diào)整）的速度將噴嘴開限增加至啟動開度，調(diào)速器自動進入轉(zhuǎn)速控制模式。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至98%額定轉(zhuǎn)速時，調(diào)速器將自動跟蹤電網(wǎng)頻率，以便于并網(wǎng)；在機組同期時調(diào)速器也可接收同期裝置的頻率增加/減少命令，調(diào)整機組頻率設(shè)定值，以加快并網(wǎng)速度。

調(diào)速器采用對稱的兩個噴嘴開機，如果需要也可采用單噴嘴開機。

2）并網(wǎng)發(fā)電

機組并網(wǎng)后，調(diào)速器將自動切換成流量控制模式。如果需要，調(diào)速器可以在現(xiàn)地手動，或者根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的指令切換成功率控制模式，水位控制模式以及轉(zhuǎn)速控制（用于孤網(wǎng)運行）模式。

3）自動停機

調(diào)速器在接到停機令時，無論當(dāng)時處于何種控制模式，首先將噴嘴開限減到當(dāng)前噴嘴位置，然后以適當(dāng)速率關(guān)閉至全關(guān)。

（3）緊急停機操作

緊急停機操作具有最高優(yōu)先級，無論調(diào)速器處于手動操作還是自動操作，只要有緊急停機操作指令（來自手動按鈕或監(jiān)控系統(tǒng)），所有折向器均將在緊急停機電磁閥的作用下以最快的速度關(guān)閉至全關(guān)位置，同時調(diào)速器自動關(guān)閉噴針。

5　調(diào)速器的電氣保護

調(diào)速器設(shè)置有一套完整的實時程序診斷和自診斷系統(tǒng)，對于調(diào)速器內(nèi)、外故障，如CPU故障、內(nèi)部電源故障、噴針反饋故障、折向器反饋故障、測頻故障、功率故障、水頭故障等都能做實時反應(yīng)，并根據(jù)故障性質(zhì)作出處理。具有自診斷和相應(yīng)的容錯功能，并可在觸摸屏上指示故障，同時將故障信息通過通訊方式送至監(jiān)控系統(tǒng)。如：①模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和輸入通道故障；②數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和輸出通道故障；③反饋通道故障；④液壓隨動系統(tǒng)故障；⑤程序出錯和時鐘故障等。

6　噴針之間的選擇和切換

調(diào)速器對開機噴針設(shè)置了兩種選擇方式：當(dāng)它為自動選擇方式時，從1號噴針到6號噴針依次為開機噴針；當(dāng)處于手動選擇方式時，始終將所選擇的噴針作為開機噴針.用戶可按自身需要選擇。

機組并網(wǎng)后，隨著負(fù)荷、流量的增加，噴針之間會進行相互切換，切換順序依次為單噴針運行---雙噴針運行---3噴針運行---4噴針運行---6噴針運行。相互切換始終要保證對稱性，保證機組平穩(wěn)的運行。例：單噴針為1號噴針運行，隨著負(fù)荷增加，開啟噴針分別為1號---1號、4號---1號、3號、5號---1號、2號、4號、5號---1號、2號、3號、4號、5號、6號。

7　結(jié)束語

上述簡單的介紹了CCS電站的調(diào)速器系統(tǒng)的控制方式和操作方式。調(diào)速器系統(tǒng)是發(fā)電機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部分，它的功能決定著機組發(fā)電的可靠性，因此，對于調(diào)速器，我們一定要了解它的功能，熟悉它的控制和操作，能解決出現(xiàn)的一些問題。以便我們更好的掌控它，更好的運用它。

TV734.4

B

1672-5387（2016）09-0001-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.001

2016-04-15

高創(chuàng)（1986-），男，助理工程師，從事電氣調(diào)試工作。