重慶江口水電站調(diào)速器模擬量優(yōu)化及功能改造

歐 適，伍盛金，高金林

（國家電投集團(tuán)重慶江口水電有限責(zé)任公司，重慶 408506）

1 引言

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》和《國網(wǎng)公司“十八項反措”》要求：水輪機(jī)調(diào)速器的轉(zhuǎn)速、功率、開度等重要控制信號應(yīng)冗余配置，冗余I/O測點應(yīng)分配在不同模件上，上述信號參與設(shè)備或機(jī)組保護(hù)時應(yīng)采用獨立測量的三取二的邏輯判斷方式，作用于模擬量控制時應(yīng)采用三取中值的方式進(jìn)行優(yōu)選。大中型水電站應(yīng)采用“失電動作”規(guī)則。

2 工程概況

重慶江口水電站位于重慶市武隆區(qū)江口鎮(zhèn)烏江支流芙蓉江河口以上約2 km處，是以發(fā)電為主的綜合利用工程，距離重慶市區(qū)約140 km，距離武隆城區(qū)約20 km，是芙蓉江干流梯級開發(fā)的最末一級。電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高140 m。江口水庫總庫容5.05億m3，正常蓄水位300 m，正常蓄水位時庫容4.53億m3，死水位為260 m，調(diào)節(jié)庫容3.02億m3，為季調(diào)節(jié)水庫。電站總裝機(jī)容量4×100 MW，左岸地下廠房安裝3臺水輪發(fā)電機(jī)組，于2003年建成投產(chǎn)；右岸廠房安裝1臺水輪發(fā)電機(jī)組，于2017年建成投產(chǎn)。

重慶江口水電站1號機(jī)為混流式機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速214.3 r/min，額定水頭106 m，額定容量100 MW，原調(diào)速器采用“單PLC-比例閥-引導(dǎo)閥-主配壓閥”，模擬量未采用“三取中”設(shè)計，無失電關(guān)機(jī)功能，不能滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》和《國網(wǎng)公司“十八項反措”》要求。

3 調(diào)速器改造方案

2021年4月初，重慶江口水電站將1號機(jī)調(diào)速器改造為北京中水科水電科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CVT-80-4.0型調(diào)速器。該調(diào)速器基于數(shù)字插裝技術(shù)，插裝閥主要由閥芯、閥套、控制彈簧和密封件組成，利用集成在插裝塊體上的先導(dǎo)控制閥經(jīng)由控制插裝閥蓋板來控制油路的通斷。插裝閥的基本組件均為標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化的元件，具有很高的通用性和互換性。插裝閥動作速度快，應(yīng)用到水電站調(diào)速系統(tǒng)中，其動作非常靈敏，具有很高的調(diào)節(jié)精度。插裝閥具有很強(qiáng)的抗油污能力，工作可靠性非常高，可有效解決水電站調(diào)速系統(tǒng)因油污而導(dǎo)致的發(fā)卡問題。

3.1 模擬量“三取中”邏輯

改造后的調(diào)速器，其每套PLC的開度、頻率和功率信號均采用3路信號接入。目前常規(guī)模擬量三取中邏輯通常采用單純?nèi)≈屑叭哂嗵幚砣≈小渭內(nèi)≈惺菃渭兊膶⑷啡哂嘈盘柸≈虚g值，當(dāng)信號偏差較大時，顯然不是我們想要的結(jié)果。冗余處理三取中是剔除其中1個偏離大的信號，剩余2個信號取均值，存在無法獲取信號真實值的隱患。本次改造三取中邏輯實現(xiàn)如下：

3.1.1 3路接力器位移

（1）Ch1、Ch2、Ch3自身均正常，且之間偏差未超限（＜5%），則取中間值；

（2）Ch1、Ch2、Ch3之間出現(xiàn)偏差超限(≥5%)時：

各路本身正常（未越限或斷線），按信號故障處理；

其中1路故障（越限或斷線），其余2路正常通道之間偏差超限(≥5%)，按信號故障處理；

（3）Ch1、Ch2、Ch3自身都故障（越限或斷線），按信號故障處理；

（4）Chi（i=1,2,3）正常，但其他2路自身故障（越限或斷線），則Chi作為有效信號：

Ch1自身正常，但其余2個通道自身故障（越限或斷線），則Ch1作為有效信號；

Ch2自身正常，但其余2個通道自身故障（越限或斷線），則Ch2作為有效信號；

Ch3自身正常，但其余2個通道自身故障，則Ch3作為有效信號；

（5）Chi（i=1,2,3）故障，其他2路正常通道之間偏差未超限（＜5%），則按編號次序，取其中1路正常通道作為有效信號；否則，按信號故障處理。

3.1.2 3路PT機(jī)頻信號

（1）Ch1、Ch2、Ch3自身均正常，且之間偏差未超限（＜0.25 Hz），則取中間值；

（2）Ch1、Ch2、Ch3之間出現(xiàn)偏差超限(≥0.25 Hz)時，按PT機(jī)頻故障處理；此時若齒盤正常，則以齒盤作為有效轉(zhuǎn)速；

（3）Ch1、Ch2、Ch3自身都故障（信號消失），按PT機(jī)頻故障處理；

（4）Ch1自身正常，但其余1個或2個通道自身故障（信號消失），則Ch1作為有效信號；

（5）Ch2自身正常，但Ch1故障（信號消失），則Ch2作為有效信號；

（6）Ch3自身正常，但其余2個通道自身故障，則Ch3作為有效信號。

3.1.3 3路功率信號

（1）Ch1、Ch2、Ch3自身均正常，且之間偏差未超限（＜3%），則取中間值；

（2）Ch1、Ch2、Ch3之間出現(xiàn)偏差超限(≥3%)時，按信號故障處理；

（3）Ch1、Ch2、Ch3自身都故障（越限或斷線），按信號故障處理；

（4）Ch1自身正常，但其余1個或2個通道自身故障（越限或斷線），則Ch1作為有效信號；

（5）Ch2自身正常，但Ch1故障（越限或斷線），則Ch2作為有效信號；

（6）Ch3自身正常，但其余2個通道自身故障，則Ch3作為有效信號。

3.1.4 優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：提升了信號真實性與質(zhì)量；缺點：由于信號之間出現(xiàn)偏差超限時，按信號故障處理，因此降低了信號可用率。

3.2 “失電關(guān)機(jī)”功能實現(xiàn)

改造后的調(diào)速器本身設(shè)計有壓緊電磁閥，此電磁閥動作后，通過調(diào)速器液壓系統(tǒng)，會直接給接力器關(guān)閉腔供油，開腔排油，使接力器一直保持關(guān)閉狀態(tài)。通過在電氣控制柜加裝一組可充電的備用電源組，當(dāng)調(diào)速器供電正常時，由驅(qū)動電源為閥組供電，并且給電源組充電，當(dāng)驅(qū)動電源失效時，通過繼電器回路切換，備用電源組為壓緊電磁閥供電，使壓緊電磁閥換向動作，關(guān)閉接力器。備用電源組由10枚50 F 2.7 V超級電容組成，相比較鋰電池，超級電容的安全性更好，充放電電氣控制回路簡單，不會出現(xiàn)爆炸和著火等問題。超級電容的充放電循環(huán)次數(shù)可達(dá)數(shù)十萬次以上，而且充電時間短，又可以大電流放電，因此完全可以滿足調(diào)速器失電關(guān)機(jī)的工況。

圖1 重慶江口水電站1號機(jī)調(diào)速器失電關(guān)機(jī)控制原理圖

圖1中，KA19為電源監(jiān)視繼電器，SA5為失電關(guān)機(jī)功能投退開關(guān)，TJL為壓緊電磁閥。電源正常情況下，24 V+電源為超級電容組充電，當(dāng)失電關(guān)機(jī)功能投入時，如果KA19繼電器斷電，超級電容組會通過6A10二極管，為TJL電磁閥放電，從而關(guān)閉導(dǎo)葉接力器。

經(jīng)過試驗測試，30 s內(nèi)超級電容可由0 V充至20 V以上，為電磁閥放電時，電壓由24 V降至15 V時間大于30 s，壓緊電磁閥TJL是可自保持的雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，30 s時間完全可以保證此電磁閥正常換向。

4 應(yīng)用運行情況

重慶江口水電站1號機(jī)調(diào)速器改造于2021年4月初完工，進(jìn)行了相關(guān)涉網(wǎng)試驗無異常后正式交付電網(wǎng)調(diào)度管理。經(jīng)過近一年的實際運行，到2021年末，現(xiàn)場測試各性能指標(biāo)優(yōu)良，運行狀態(tài)良好。

5 結(jié)束語

改造后的重慶江口水電站1號機(jī)調(diào)速器具備模擬量“三取中”及“失電關(guān)機(jī)”功能，極大地提升了調(diào)速器運行可靠性，現(xiàn)場測試各性能指標(biāo)優(yōu)良，運行狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)定改造目標(biāo)，改造項目整體取得成功，為下一步的2號、3號、4號機(jī)調(diào)速器改造提供了參考。