田莊電站新型調(diào)速器更換實(shí)施探討

戴宏武

（河北省石津灌區(qū)事務(wù)中心 河北 石家莊 050051）

石津灌區(qū)田莊水電站坐落在石津灌區(qū)總干渠上，以石津總干渠田莊節(jié)制閘作為電站的溢流閘門，在石家莊市西北。作為冀晉主要通道的石清公路在石津灌區(qū)田莊水電站門前穿過，距石太高速公路出口僅1 km。電站建成于1983 年，本次為技術(shù)更新改造。電站裝機(jī)2×2500kW，裝設(shè)2 臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪發(fā)電機(jī)組的型號(hào)為ZZ600-LH-330。自1983 年投產(chǎn)發(fā)電，其調(diào)速器老化嚴(yán)重，為提高安全運(yùn)行水平，對(duì)2 臺(tái)調(diào)速器實(shí)施了更換。

1 調(diào)速器類型及主要任務(wù)

1.1 調(diào)速器類型。按照調(diào)速原件分為以下3 種。

1.1.1 機(jī)械液壓型(機(jī)調(diào))調(diào)速器。各種信號(hào)的反饋及測(cè)量都由機(jī)械裝置的環(huán)節(jié)完成，由于調(diào)節(jié)不夠精確，目前已經(jīng)很少使用。

1.1.2 電氣液壓型(電調(diào))調(diào)速器。信號(hào)調(diào)節(jié)性能很好，用電氣回路代替機(jī)械調(diào)節(jié)中的機(jī)械部件，降低成本，精確度和靈敏度都不錯(cuò)，設(shè)備安裝調(diào)整也比較方便，截至目前，很多電站還在使用這種調(diào)速器。

1.1.3 微機(jī)型調(diào)速器。用先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制取代了電子調(diào)速器，這種調(diào)速器調(diào)節(jié)性能比電氣液壓型的性能更加優(yōu)良，也增加了更多的功能。本次電站更換采用了這種微機(jī)調(diào)速器類型。

1.2 調(diào)速器主要任務(wù)。①保持水輪發(fā)電機(jī)組的頻率以及轉(zhuǎn)速的變化參數(shù)在國(guó)家規(guī)定的范圍內(nèi)。②可根據(jù)水量及水頭變化，快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉的開度，以便達(dá)到增減機(jī)組負(fù)荷的目的。③機(jī)組開停機(jī)、減少或增加負(fù)荷時(shí)，對(duì)并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組分配負(fù)荷，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行方式。

2 調(diào)速器主要技術(shù)參數(shù)

田莊電站調(diào)速器類型更換后采用微機(jī)調(diào)速器，型號(hào)為WST-100 型機(jī)械調(diào)速器，主要技術(shù)參數(shù)：飛擺型式菱形；設(shè)計(jì)飛擺單位比例度2.5%/mm；飛擺額定轉(zhuǎn)速500 γ/min；緩沖時(shí)間常數(shù)0～20 s；變速機(jī)構(gòu)范圍-15%～10%。

3 調(diào)速器技術(shù)要求

WST(雙調(diào))系列大型可編程微機(jī)調(diào)速器是為大中型電站設(shè)計(jì)和制造的新一代調(diào)速器。田莊電站本次選用的調(diào)速器將機(jī)械和電氣柜合為一體組成整體式調(diào)速柜。可編程控制器、觸摸屏等電氣部件置于與機(jī)械部件相隔離的柜體上部，機(jī)械液壓液隨動(dòng)系統(tǒng)安裝于柜體的下部，調(diào)整維護(hù)和檢修測(cè)量都十分方便。它能使水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在各種工況下穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)速器技術(shù)要求如下。

3.1 調(diào)速器是以PID 調(diào)節(jié)規(guī)律為基礎(chǔ)的數(shù)字式電液調(diào)速器，即微機(jī)調(diào)速器。調(diào)速器能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方及現(xiàn)地進(jìn)行機(jī)組的手動(dòng)及自動(dòng)開停機(jī)以及事故停機(jī)，具有轉(zhuǎn)速調(diào)整、輸出功率調(diào)整、水位控制、開度控制、水頭控制、自動(dòng)跟蹤電力系統(tǒng)頻率、診斷容錯(cuò)以及穩(wěn)定等功能。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)包括電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)、數(shù)字控制單元、測(cè)速裝置、反饋裝置、轉(zhuǎn)速繼電器、壓力油罐、回油箱、油泵、補(bǔ)氣裝置和漏油箱等。調(diào)速器所有的功能借助于微處理機(jī)來實(shí)現(xiàn)。微處理機(jī)接受轉(zhuǎn)速信號(hào)、水頭信號(hào)、水位信號(hào)、反饋信號(hào)、同期裝置的頻差信號(hào)、來自計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的單元控制器的操作指令和參數(shù)給定指令，同時(shí)輸出電信號(hào)經(jīng)過放大后，可以控制受控液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉的功能。

3.3 電氣回路的原件及其數(shù)字式控制單元布置在調(diào)速器柜內(nèi)上部分構(gòu)成了電氣柜。電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)集中安裝在柜內(nèi)構(gòu)成機(jī)械柜，設(shè)計(jì)合理，調(diào)試、操作、維護(hù)方便，并能保證運(yùn)行安全。電器柜儀表、指示燈、操作手柄、按鈕應(yīng)布置在柜子的正面，便于操作，底部具有動(dòng)力纜、控制纜及其導(dǎo)管的進(jìn)口，柜子內(nèi)部備有接入導(dǎo)線的接線板和管路的接口。

4 調(diào)速器布置方式

田莊水電站調(diào)速器由可編程計(jì)算機(jī)控制器和數(shù)字閥隨動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成，采用機(jī)械部分和電氣部分合柜形式。調(diào)速器電氣部分采用可靠性高和抗干擾能力強(qiáng)的PCC 作為微型計(jì)算機(jī)的中心，采用彩色觸摸屏作為操作和顯示的平臺(tái)。

4.1 調(diào)速器機(jī)械部分采用數(shù)字閥隨動(dòng)系統(tǒng)，內(nèi)部應(yīng)無杠桿、無機(jī)械反饋、無明油管路。機(jī)械電氣液壓柜的結(jié)構(gòu)要便于安裝、檢修和維護(hù)；柜上應(yīng)裝設(shè)機(jī)組轉(zhuǎn)速表、導(dǎo)葉開度指示表、槳葉開度指示表和控制所需的儀表。

4.2 調(diào)速器提供通訊接口RS485 及通訊協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程微機(jī)監(jiān)控。使用了電氣回路作為反饋裝置，提供調(diào)速器所需的全部傳感器、接點(diǎn)及顯示設(shè)備，通過線繞精密的電位器制作成調(diào)速器開度反饋傳感器。

4.3 調(diào)速系統(tǒng)的操作油品使用了L-TSA-46(GB11120)汽輪機(jī)油。油溫在5 ℃～50 ℃，調(diào)速器設(shè)有緊急停機(jī)電磁閥，可根據(jù)需要自動(dòng)或手動(dòng)投入。調(diào)速器內(nèi)部集成分段關(guān)閉裝置，使導(dǎo)葉可以分段用2 種速度關(guān)閉，用來控制發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷壓力以及轉(zhuǎn)速的上升值不超過上限。

5 調(diào)速器主要工作性能

電站調(diào)速器有足夠的容量，當(dāng)調(diào)速器油壓裝置的工作油壓最低時(shí)，水輪機(jī)導(dǎo)葉的水力矩達(dá)到最大；電站調(diào)速器可以在其規(guī)定的接力器最小全關(guān)閉(或開啟)行程控制時(shí)間內(nèi)，將導(dǎo)葉從100%開度關(guān)至零(或由零開至100%開度)；調(diào)速器可以在空載狀態(tài)下或在額定轉(zhuǎn)速下控制水輪機(jī)轉(zhuǎn)速；調(diào)速器能在并網(wǎng)狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)以下功能：

5.1 實(shí)現(xiàn)手/自動(dòng)開、停機(jī)及緊急停機(jī)；導(dǎo)葉手動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行；遠(yuǎn)方控制、現(xiàn)地控制；所有的控制功能均可在現(xiàn)地操作；遠(yuǎn)方可進(jìn)行減少或增加負(fù)荷(或頻率開度)、自動(dòng)開停機(jī)等操作。

5.2 自動(dòng)開機(jī)根據(jù)水頭設(shè)定空載及啟動(dòng)開度；切換導(dǎo)葉自動(dòng)運(yùn)行方式；切換開度和頻率的運(yùn)行模式；監(jiān)測(cè)到頻率跟蹤以及頻率監(jiān)測(cè)的人工盲區(qū)。調(diào)速器采用交直流雙重供電，直流優(yōu)先。調(diào)速器的電源切換可以實(shí)現(xiàn)無沖擊和無擾動(dòng)。交直流電壓均為220V 工作電源，交流電源配備有隔離變壓器。

5.3 手電動(dòng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)機(jī)組甩負(fù)荷且不需停機(jī)時(shí)，不直接停機(jī)，并維持空載運(yùn)行。電源消失后保持導(dǎo)葉開度運(yùn)行；轉(zhuǎn)速信號(hào)故障時(shí)，使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)保持在所處位置，機(jī)組保持穩(wěn)定運(yùn)行。該裝置投入時(shí)不妨礙機(jī)組正常和事故停機(jī)。

田莊電站在更換為微機(jī)型調(diào)速器后，調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷及開停機(jī)更加方便快捷，提高了機(jī)組的安全運(yùn)行水平。