瓦房城水電站調(diào)速器改造設計與實踐應用

李榮

(民樂縣瓦房城水電站,甘肅張掖 734506)

瓦房城水電站調(diào)速器改造設計與實踐應用

李榮

(民樂縣瓦房城水電站,甘肅張掖 734506)

針對電站機械液壓調(diào)速器速動性、靈敏性、穩(wěn)定性差,故障率高,水機安全無保障的問題,在項目建設中提出用新型微機調(diào)速器代替機械液壓調(diào)速器的改造設計方案,并介紹了新型微機調(diào)速器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、主要功能、運行方式等特點。運行實踐證明,采用新型微機調(diào)速器效果良好,值得在老電站的技改中借鑒應用。

瓦房城水電站 調(diào)速器 改造設計 實踐應用

1 調(diào)速器改造設計

1.1 概況

瓦房城水電站地處甘肅省民樂縣南古鎮(zhèn)，座落于黑河流域東部支流的大堵麻河上。電站始建于1978年，屬水庫壩后式電站，總裝機容量3×500kw，設計年發(fā)電量620萬kw.h。經(jīng)過30多年的運行，調(diào)速器仍使用傳統(tǒng)的機械液壓式調(diào)速器，老化嚴重、油路易堵塞、速動性、靈敏性、穩(wěn)定性差，故障率高，水機安全無保障。2010年瓦房城水電站被國家水利部和發(fā)改委列入小水電代燃料建設項目后，裝機容量擴大至2060kw(2*630+800kw)，為了消除上述機械液壓調(diào)速器的故障隱患，提高電站的自動化程度和設備的安全可靠度，減輕值班人員的勞動強度，實現(xiàn)少人值守的建設目標，在電站工程建設中提出用新型微機調(diào)速器代替機械液壓調(diào)速器的改造設計方案，以保證老電站更好地發(fā)揮效益，擔當以電代燃料的任務。

1.2 調(diào)速器改造設計方案

1.2.1 方案設計總體要求

根據(jù)瓦房城水電站機組參數(shù)配置，設計方案應能保證水電站的水輪發(fā)電機組空載時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，負載時穩(wěn)定運行，具備轉(zhuǎn)速檢測、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、導葉開度限制、機組頻率跟蹤控制、變參數(shù)變結(jié)構(gòu)、自診斷等功能;應能保證水輪發(fā)電機組在各種運行工況下實現(xiàn)遠方自動或手動控制;能通過RS485口與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接，對機組實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)視與控制;并且各項性能指標滿足國家標準的要求。

1.2.2 方案對比及選擇

(1)更換全新高油壓調(diào)速器。將電站原有的YT-300型機械液壓調(diào)速器全部拆除，更換為YWT系列高油壓微機型調(diào)速器。高油壓系列調(diào)速器設計采用模塊化結(jié)構(gòu)，取消了傳統(tǒng)的機械聯(lián)柜、凸輪和復雜的機械連桿，具有結(jié)構(gòu)簡單、拆卸及維護方便、互換性能好等特點，其控制部分以進口可編程控制器為調(diào)節(jié)控制核心，采用獨立的機械液壓控制回路控制接力器。該系列調(diào)速器在性能及結(jié)構(gòu)上都突破了傳統(tǒng)機械調(diào)速器的模式，從根本上克服了常規(guī)機械調(diào)速器存在的缺陷，代表了現(xiàn)代調(diào)速器的發(fā)展方向。

(2)局部改造YT-300型機械液壓調(diào)速器。將原YT-300型調(diào)速器改造成YWT-600-2.5型可編程調(diào)速器，更新調(diào)速控制柜及柜內(nèi)所有電氣元件、液壓元件，保留原調(diào)速器油壓裝置的回油箱、壓力油罐、接力器等。

綜合以上2個方案對比分析：方案1采用YWT系列高油壓微機型調(diào)速器，雖有結(jié)構(gòu)簡單、拆卸及維護方便、互換性能好等優(yōu)點，但整體換新價格昂貴;方案2采用局部改造的方法，調(diào)速器整體不動，基礎不動，不需進行平衡和角度調(diào)整，減少了安裝工序，從電站裝機規(guī)模來看，YWT-600-2.5型可編程調(diào)速器完全可以滿足電站機組(2*630+800kw)對調(diào)速器的要求，且YWT-600-2.5型可編程調(diào)速器價格相對較低。綜合分析結(jié)果：方案2采用局部改造的方法，不僅調(diào)速器能滿足電站機組需求，而且省時、省力、節(jié)約資金。從經(jīng)濟實用的原則出發(fā)，選擇方案2相對合適。

1.3 調(diào)速器改造方法及安裝

1.3.1 調(diào)速器改造方法

(1)原調(diào)速器部件拆除后，進行安裝。

(2)取消了調(diào)速器機械液壓柜內(nèi)所有明管，機械液壓隨動系統(tǒng)，采用數(shù)字式電磁閥控制，以高速開關閥做電液轉(zhuǎn)換元件;結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，耗油量少，抗油污能力強;液壓部分結(jié)構(gòu)簡單，集成化程度高，無杠桿，機械柜中的元器件更少，維護操作更簡單、方便。

(3)空載自動跟蹤電網(wǎng)頻率，以及特有自動補償PID調(diào)節(jié)規(guī)律，能使機組頻率迅速達到同期要求。

(4)采用直線位移反饋，直接與接力器相連，消除了反饋系統(tǒng)中的連接間隙，死行程，保證了反饋的及時準確，從而克服了鋼絲繩及鋼性恢復桿的缺點。

1.3.2 調(diào)速器的安裝

(1)調(diào)速器柜體安裝：調(diào)速器柜體直接安裝到原油壓裝置上。

(2)位移傳感器安裝：現(xiàn)場調(diào)整安裝時，注意保證傳感器鋼帶以直線運動，否則會損壞內(nèi)部導向機構(gòu)。傳感器安裝時必須固定牢固，否則會使導葉反饋的零點發(fā)生偏移，使機組關機不能關死。

(3)開關時間調(diào)整：在調(diào)速器主閥體兩側(cè)各有一個調(diào)整螺桿，把固定螺母松開后，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺桿可調(diào)解調(diào)速器的開關機速度。如開關機時間過長，將螺桿旋出;如開關機時間過短，將螺桿旋入。開關機時間調(diào)整好后，應將鎖緊螺母緊固，不允許松動。

2 調(diào)速器結(jié)構(gòu)功能及原理

2.1 型號特點及結(jié)構(gòu)布置

2.1.1 型號特點

設計方案選用微機調(diào)速器型號為YWT-600-2.5;工作油壓：2.5MPa;電源采用交、直流雙供，即：DC220V±10%和AC220V±10%;透平油牌號：L-TSA46。其主要特點為：體積小、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，具有先進的抗干擾試驗設備，完善的試驗手段，主要部件全部采用國內(nèi)外知名品牌。采用日本三菱公司可編程控制器(PLC)，觸摸屏等硬件組成電氣控制系統(tǒng)，以高性能數(shù)字開關閥、電磁閥等組成機械控制系統(tǒng)。測頻采用可編程本體高精度直接測頻。

2.1.2 結(jié)構(gòu)布置

(1)YWT-600-2.5可編程微機調(diào)速器由微機調(diào)節(jié)器、電液隨動系統(tǒng)和油壓裝置三大部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)型式為組合式。

(2)微機調(diào)節(jié)器的核心器件——可編程控制器(PLC)和電液隨動系統(tǒng)中的電液轉(zhuǎn)換器件——數(shù)字閥，采用可靠性高，抗干擾能力強、運行速度快、使用壽命長的國外進口元器件。

(3)調(diào)速器控制柜集電氣箱和機械柜于一體，且分層隔離。上層為電氣箱，下層為機械柜。控制柜內(nèi)元器件布置清爽，排列有序，便于調(diào)整維護和檢修測量。控制柜正面設有觸摸屏，用于液晶漢化顯示。

(4)控制器由功能獨立的若干模塊構(gòu)成，各模塊性能可靠、更換方便。

(5)調(diào)速器具有機械手動操作裝置。

2.2 調(diào)速器硬件構(gòu)成及特點

2.2.1 機械液壓系統(tǒng)構(gòu)成及特點

YWT-600型微機調(diào)速器，機械液壓隨動系統(tǒng)由標準液壓元件及集成塊組成。主要液壓元件有：緊急停機電磁換向閥，控制閥組，液控單向閥等組成。

調(diào)速器數(shù)字閥液壓系統(tǒng)控制接力器的動作，數(shù)字閥液壓系統(tǒng)采用通用的液壓元件和附件，能充分滿足水輪機調(diào)節(jié)的基本要求，并且具有很高的安全性。數(shù)字閥與脈寬調(diào)節(jié)(PWM)控制結(jié)合后，通過控制脈沖頻率或脈沖寬度，對液流進行連續(xù)的控制，提高液壓系統(tǒng)的控制性和穩(wěn)定性。

調(diào)速器最主要的配置控制閥是一個二位三通的電磁閥，換向時間短，動作可靠，電磁鐵壽命長，能保證調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。選用的三位電磁閥，利用電磁鐵的通電吸合與斷電釋放而直接推動閥芯來控制液流方向，電磁鐵失電時，在彈簧力的作用下，閥芯回復到中位?？刂崎y上裝有手動鈕按，按下按鈕可使控制閥閥芯換位，松開按鈕控制閥閥芯又回初始位。

2.2.2 電氣部分構(gòu)成及特點

YWT-600型微機調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)由柜體、電源系統(tǒng)、面板部分(液晶觸摸屏)、控制部分(CPU模塊、AD模塊、通訊模塊、測頻模塊)、位移傳感器等組成，其主要特點如下：

(1)電氣部分采用進口日本三菱FX2N系列可編程，具有可靠性高、抗干擾能力強、體積小，運算速度高，可擴展通訊接口等特點。

(2)具有故障檢測、診斷和處理功能。保證了整個系統(tǒng)的安全可靠性。

(3)具有頻率跟蹤、開度跟蹤功能，保證了調(diào)速器手動/自動無擾動切換，以及運行模式無擾動切換。

(4)自動按工況改變運行參數(shù)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，速動性好。

(5)當電源消失時自動進入手動運行并維持原有的開度不變。

2.3 調(diào)速器主要功能及運行方式

2.3.1 主要功能

(1)手/自動開停機及緊急停機。

(2)頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)運行模式。

(3)運行參數(shù)的輸入和修改?？墒?自動對下列參數(shù)進行調(diào)整：運行水頭、導葉給定開度、限制開度、頻率給定。

(4)所有的控制功能都可在現(xiàn)場進行操作。遠方可進行自動開/停機，增/減負荷(或頻率、開度)等操作。

(5)各類故障及電源消失報警出口。1)機頻、網(wǎng)頻故障診斷及處理;2)反饋系統(tǒng)故障診斷及處理;3)電源監(jiān)視及處理。

(6)顯示屏可顯示：1)調(diào)速器手/自動運行模式、斷路器等各種開關量;2)機頻、網(wǎng)頻、傳感器、電源等故障量。

(7)與上位機通信：1)可上傳以下量：機組頻率、電網(wǎng)頻率、導葉開度、電氣開限、各種模式、手/自動運行狀態(tài)及各種故障;2)可下傳以下量：頻率給定、開度給定、電氣開限及各種模式切換。

2.3.2 運行方式

調(diào)速器具有自動、電手動、純機手動三種工作方式，正常工作時采用自動運行方式。

(1)自動開機。調(diào)速器無故障時，將其置自動狀態(tài)，水頭按當前實際水頭設定，緊急停機電磁閥在復歸位置，機組具備開機條件，由中控室或機旁盤發(fā)開機令給調(diào)速器，調(diào)速器接收到開機令后，過程為：導葉快速開至第一開度，機組轉(zhuǎn)速開始上升。 機組頻率達到49Hz后，PID參與調(diào)節(jié)，機組自動跟蹤網(wǎng)頻，如果無網(wǎng)頻信號或網(wǎng)頻故障時，機組在自動給定值50Hz運行。

(2)自動運行?？蛰d運行，調(diào)速器在自動狀態(tài)，機組在頻率模式下運行，由PLC采集機組頻率和系統(tǒng)頻率以及其它各種控制信號、反饋信號等進行PID運算處理后，控制機組轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速。

(3)負載運行。斷路器合上后，機組運行在開度模式或頻率模式下，在面板上或中控室增/減負荷(開度)可調(diào)節(jié)機組出力。

(4)自動停機。將負荷減到零，斷路器分后，發(fā)“停機令”，關閉導葉，使機組停機。

(5)甩負荷。自動狀態(tài)下，調(diào)速器將快速關閉導葉，機組頻率將自動跟蹤網(wǎng)頻。如果無網(wǎng)頻信號或網(wǎng)頻故障時，機組在自動給定值50Hz運行。

(6)手動開機。向開機側(cè)操作手動操作閥，液壓隨動系統(tǒng)向開機方向運動，當導葉開至啟動開度后松手，手動操作閥復中位，待轉(zhuǎn)速至90%后，即向關機側(cè)操作手動操作閥，使導葉關至空載開度附近;繼續(xù)根據(jù)機組轉(zhuǎn)速調(diào)整手動操作閥，使機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。

(7)手動停機。用手動操作閥將負荷減為零，油開關分開，然后用手動操作閥將導葉關到全關。

(8)緊急停機。緊急停機電磁閥接受機組保護的電氣緊急停機停信號(或者按緊急停機按鈕)，直接將導葉關到全關。實現(xiàn)緊急停機。

(9)手/自動運動方式切換。操作柜門正面的手/自動切換按鈕，可進行調(diào)速器的手/自動運動方式切換。切入“手動”立即進入手動運行方式，同時手動燈點亮;切入“自動”立即進入自動運行方式，同時自動燈點亮。

3 調(diào)速器的實踐運行效果

(1)改造前，運行故障率高，調(diào)速器油路易堵塞、速動性、靈敏性、穩(wěn)定性差;改造后，3個發(fā)電運行期，實現(xiàn)了零故障運行的效果，調(diào)速器未發(fā)生油路堵塞現(xiàn)象，速動性、靈敏性、穩(wěn)定性大大提高。

(2)改造前，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性差，并網(wǎng)耗時長，調(diào)速器機械部分結(jié)構(gòu)復雜，拆卸維護困難，并網(wǎng)操作復雜;改造后，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，并網(wǎng)時間大大縮短，新型調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡潔合理，運行穩(wěn)定可靠，技術(shù)性能指標優(yōu)良，維護修理方便。

(3)改造前，調(diào)速器不動作、誤動作現(xiàn)象時有發(fā)生，不僅水輪發(fā)電機組安全沒有保障，而且增加了值班人員勞動強度;改造后，3個發(fā)電運行期，調(diào)速器運行正常、穩(wěn)定，不僅安全有了可靠保障，而且大大減輕了值班人員的勞動強度。

4 結(jié)語

瓦房城水電站自2012年實施小水電代燃料項目以來，對全站3臺水輪發(fā)電機組調(diào)速器進行了技改，用新型微機調(diào)速器代替了傳統(tǒng)機械液壓調(diào)速器，新型微機調(diào)速器采用了先進可編程控制器(PLC)和數(shù)字閥，布置了開機、停機、發(fā)電、調(diào)相、增減功率等操作回路，設有在線自診斷處理功能，自動化程度高。運行實踐證明，新型微機調(diào)速器運行穩(wěn)定、安全可靠，特別是這種采用局部改造的方法，省時、省力、省錢，既經(jīng)濟又實用，值得在老電站的技改中借鑒應用。

李榮(1975—),男,漢族,大專,助理工程師,主要從事水電站生產(chǎn)運行及技術(shù)處理工作。