SWT-2000型調(diào)速器在石門(mén)水電站的應(yīng)用

劉成軍

摘 要：介紹石門(mén)水電站SWT-2000型調(diào)速器的性能特征、系統(tǒng)構(gòu)成、安裝試驗(yàn)及應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題的改進(jìn)與建議。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器;性能;安裝試驗(yàn);石門(mén)水電站

石門(mén)水電站位于漢江一級(jí)支流褒河下游，是石門(mén)水利樞紐的配套工程，由河床、河?xùn)|、河西三處電站組成，其中河床電站在2013年改造后，裝有容量為3×13MW軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組。調(diào)速器更新為南瑞公司的SWT-2000型調(diào)速器。

1 結(jié)構(gòu)性能

SWT-2000調(diào)速器電氣部分由兩套PCC2003可編程控制器+第三方智能切換PLC及手動(dòng)綜合控制模塊組成。其機(jī)械部分電液轉(zhuǎn)換單元采用BOSCH伺服比例閥+高速數(shù)字閥組成雙冗余控制系統(tǒng)。主配壓閥采用南瑞CF系列插裝閥，具備自復(fù)中功能。

2 調(diào)節(jié)模式和特征

2.1 控制調(diào)節(jié)模式

采用PID控制。將導(dǎo)葉開(kāi)度反饋控制引入控制器，增加了導(dǎo)葉副環(huán)數(shù)字PID控制。

空載運(yùn)行時(shí)，有開(kāi)度閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制調(diào)節(jié)模式;并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，增加了功率閉環(huán)控制調(diào)節(jié)模式。

2.2 調(diào)節(jié)控制特征

（1）采用改進(jìn)型PID控制，其控制傳遞函數(shù)為：

改進(jìn)型PID控制其動(dòng)態(tài)過(guò)程較短，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能提高。

（2）適應(yīng)式變參數(shù)變結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和容錯(cuò)控制。

將離線參數(shù)優(yōu)化改為在線參數(shù)優(yōu)化。其基本流程是：

①先進(jìn)行工況優(yōu)化，求出最佳參數(shù);

②工況變化時(shí)，再求最佳參數(shù);

③做到各種工況下PID參數(shù)最優(yōu)。

容錯(cuò)控制針對(duì)頻率、功率、水位、開(kāi)度測(cè)量等故障都設(shè)置相應(yīng)的容錯(cuò)保護(hù)策略。當(dāng)其一個(gè)或多個(gè)失效時(shí)，在不產(chǎn)生危及機(jī)組安全的問(wèn)題下，允許采取降低性能的方式來(lái)繼續(xù)保持對(duì)機(jī)組的有效控制。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由電氣控制調(diào)節(jié)和液壓控制調(diào)節(jié)組成。

3.1 電氣控制調(diào)節(jié)部分

調(diào)節(jié)器PCC模塊采用冗余配置，兩塊調(diào)節(jié)器間采用CAN接口進(jìn)行通訊，保證信息冗余和切換穩(wěn)定。獨(dú)立設(shè)置兩套24V電源和反饋通道。通過(guò)兩套采樣模塊采集信號(hào)并各自處理采集的信號(hào)，一套處于主控模式，一套處于熱備用模式;當(dāng)其中一套發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)智能切換PLC自動(dòng)投入另一套，無(wú)擾切換，并維持運(yùn)行工況不變。兩套PCC通過(guò)MODBUS總線與監(jiān)控上位機(jī)組成人機(jī)界面系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)速器智能化。

3.2 液壓控制調(diào)節(jié)部分

液壓控制是將PCC的輸出信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換成接力器的位移，來(lái)控制水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。主要有導(dǎo)葉和漿葉控制。導(dǎo)葉控制包括自動(dòng)、手動(dòng)、緊急停機(jī)三部分。漿葉控制包括自動(dòng)、手動(dòng)控制。液壓控制系統(tǒng)由四只插裝閥組成一個(gè)三位四通閥與一個(gè)伺服比例閥并聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)接力器的控制。

（1）調(diào)速器自動(dòng)控制有小、大調(diào)節(jié)兩個(gè)通路。

小調(diào)節(jié)通路流程為：電氣控制信號(hào)（連續(xù)電壓）——伺服閥功放—伺服比例閥—接力器。

大調(diào)節(jié)通路流程為：電氣開(kāi)關(guān)量信號(hào)（斷續(xù)脈沖）——快開(kāi)（快關(guān)）閥—插裝閥—接力器。

（2）緊急停機(jī)操作是由快關(guān)閥完成，其直接控制插裝閥完成關(guān)方向動(dòng)作。

（3）手動(dòng)控制流程為：手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)（切換閥——斷續(xù)脈沖——手動(dòng)閥——接力器）。

4 安裝與試驗(yàn)

（1）調(diào)速器包括：電氣控制柜、液壓閥組、油泵及其控制柜、回油箱、蓄能器、分段關(guān)閉閥、事故配壓閥、接力器鎖錠電磁閥、位移傳感器、液壓管路。

現(xiàn)場(chǎng)安裝布局時(shí)，電氣柜布置在機(jī)旁，通過(guò)電氣線路對(duì)回油箱上的液壓閥組進(jìn)行控制。回油箱原位布置，蓄能器靠近回油箱放置。電機(jī)油泵組已預(yù)裝在回油箱上，分段關(guān)閉閥和事故配壓閥安裝在相應(yīng)的管路上，并靠近接力器。鎖錠電磁閥和導(dǎo)葉位移傳感器安裝在接力器坑內(nèi)，槳葉位移傳感器安裝在受油器頂部。

（2）清洗閥組、管路、回油箱后，在回油箱注入清潔油。

（3）對(duì)液壓控制裝置的接線、部件、按鈕、油路、表計(jì)、開(kāi)入量進(jìn)行檢查確認(rèn)。

（4）主配壓閥試驗(yàn)（導(dǎo)葉）。開(kāi)機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間（含分段關(guān)閉）、緊急停機(jī)動(dòng)作時(shí)間（含分段關(guān)閉）調(diào)整為設(shè)計(jì)規(guī)定值。

（5）電氣柜進(jìn)行接線、位移傳感器安裝、輸入輸出功能檢查。

（6）機(jī)組參數(shù)、各水頭下的限制參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入。

（7）模擬量定位。

（8）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。進(jìn)行導(dǎo)葉副環(huán)試驗(yàn)、槳葉副環(huán)試驗(yàn)，確定副環(huán)控制的最佳參數(shù)。

做靜特性試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速死區(qū)為 0.0007%，符合國(guó)標(biāo)要求。

靜態(tài)檢查及故障模擬正確無(wú)誤，機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)合格。

進(jìn)行空載擾動(dòng)試驗(yàn)，選擇動(dòng)態(tài)過(guò)程穩(wěn)定的調(diào)節(jié)參數(shù)。

自動(dòng)穩(wěn)定性檢查，在自動(dòng)情況下測(cè)得三分鐘頻率波動(dòng)的峰谷值為：+0.07Hz—0.06Hz，小于國(guó)標(biāo)規(guī)定±0.15%。

自動(dòng)停機(jī)開(kāi)機(jī)試驗(yàn)觀察開(kāi)停機(jī)過(guò)程中導(dǎo)葉、槳葉、頻率的變化過(guò)程、開(kāi)機(jī)時(shí)間和接力器的全關(guān)時(shí)間。

甩負(fù)荷試驗(yàn)，蝸殼水壓上升率、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、導(dǎo)葉接力器緊急關(guān)閉時(shí)間符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

5 改進(jìn)與建議

調(diào)速器改造后，在近幾年的運(yùn)行中，也暴露出部分問(wèn)題：

5.1 水電站電磁環(huán)境復(fù)雜，該設(shè)備抗干擾能力有待提高

電氣柜內(nèi)的日光燈啟動(dòng)瞬間對(duì)柜內(nèi)電氣元件的工作干擾大，取掉日光燈后，該干擾消除;機(jī)旁動(dòng)力柜低壓斷路器操作時(shí)，對(duì)蓄能器上的壓力變送器影響明顯，若此時(shí)油泵正在運(yùn)行，出現(xiàn)過(guò)油泵失控停運(yùn)的現(xiàn)象。將油泵的啟停改為壓力開(kāi)關(guān)控制，壓力變送器只負(fù)責(zé)顯示信號(hào)后，油泵工作恢復(fù)正常。

5.2 液壓閥組裝配質(zhì)量有待提高

2號(hào)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)導(dǎo)葉開(kāi)度無(wú)法增加的故障，經(jīng)對(duì)插裝閥部分解體后，發(fā)現(xiàn)其錐形密封面內(nèi)有長(zhǎng)約1.5厘米的O型密封圈殘段，取出后，回裝，導(dǎo)葉調(diào)整正常。

5.3 液壓油溫長(zhǎng)期偏高時(shí)，溢流閥提前泄油

在水頭變化大，機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，液壓油溫偏高，最高可達(dá)47℃。此時(shí)先導(dǎo)式溢流閥的整定值會(huì)向下偏移，油泵提前泄油，工作時(shí)間變長(zhǎng);長(zhǎng)時(shí)間在這個(gè)工況下，最終油泵只會(huì)連續(xù)運(yùn)行而上油量不足，機(jī)組被迫停機(jī)。溢流閥的控制壓力為10MPa，更換為20MPa的同系列型號(hào)后，該狀況得到緩解。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行實(shí)踐，改造后的調(diào)速器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)定性能指標(biāo)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。操作簡(jiǎn)便，可靠性高，維護(hù)調(diào)試方便，并網(wǎng)容易，各功能滿(mǎn)足機(jī)組的正常安全運(yùn)行。