全数字可编程力矩调速器在石河水电站的应用

摘 要：介绍全数字可编程力矩调速器的结构，主要功能特点以及在电站实际应用的情况。

关键词：小型水电站；可编程力矩调速器；特点；实际运行情况

Abstract: The paper introduces the structure, the characteristics of main functions and the practical application in the power station of all-digital programmable torque governor.

Key words: small hydropower; programmable torque governor; characteristics; the situation of actual operation

中图分类号：TV73文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

石河水电站位于秦皇岛市石河流域，隶属石河水库管理处管辖。装机3*300KW水轮发电机组，1985年1月正式投产发电，调速器使用的是天津市水电控制设备厂生产的YT一300机械液压调速器。运行多年来，由于设备老化，原有的调速性能均以达不到要求，制约了安全运行，在单机供电运行时，反馈跟踪不上去，造成发电机电压急剧下降，开关跳闸，不能正常供电。

针对上述情况，我站2012年3月更换了一台由天津江和天元电气控制设备生产的“全数字式”(PLC：可编程逻辑控制器)并由直流伺服力矩电机驱动的新型电液调速器。投入运行一年来，运行状况良好，至今没有出现过因调速器问题而导致的开、停机故障现象，在系统事故时，调速器运行动作正常，经受住了事故的考验。

概述

此调速器系用反映速度极快的力矩电机作为电一机转换部件，且操作无需压力油源，不存在靠压力油操作的电液转换器的卡阻现象，电气部分全部由可靠性极高的可编程逻辑控制器（英文编号PLC）组成，调速器调整简单方便，可在无人值班或少人值守的情况下安全可靠的运行发电。一旦出现常见的运行错误能自动处理，并保持原工况。一旦出现过速能自动启动事故停机电磁阀，并具有自动识别大、小网的功能，无论带大网或小网都能使调速器匀速运行，在运行中调速器还具有自动识别运行工况的功能，即如果调速器在自动运行工况，此时如果电气部分出现问题，调速器能自动无扰动地切换为手动运行方式将电气部分断电进行处理，电气部分处理完成后重新运行，只需按一下“手动/自动”切换按钮就可方便地无扰动地切换为自动。全部过程无需停机、重新自动开机等过程，大大提高了电站的生产经济效益。

调速器整机在结构上为电气装置、机械液压、油源三位一体的形式，它的上部为电气装置，下部为机械液压部件，正面设有操作面盘、显示表计。其中在操作面盘上装有可供人机对话的纯中文界面触摸屏显示器，通过它可以观察各种运行参数及运行工况，并且操作修改运行参数。

主要特点：

2.1本调速器采用永磁式伺服力矩电机作为电----机转换部件，由于其操作力大，且无须油源，不存在油污染而产生的卡阻现象，使整机可靠性大大加强。

2.2 调速器的电气部分是以德国西门子（SIEMENS）公司新推出的S7系列可编程控制器（PLC）为主体，具有很高的可靠性和抗干扰能力，就是在较恶劣的生产环境下也能很好的运行。

2.3 系统采用无槽位限制的模块化结构，可针对各种不同控制需要灵活组合，维修方便，便于扩展，易于更换，大大提高效率。

2.4 可编程控制器逻辑功能强，可节省大量继电器，大大提高可靠性。

2.5 整机采用了比较完善的措施，增强了抗干扰能力，由于可编程控制器具有较高的抗干扰能力，减少了干扰引入的几率，同时采用了隔离、屏蔽、软件及硬件滤波等措施，使整机的抗干扰性能大为提高。

2.6 具有极高的响应速度，高速处理器允许调速器以不大于20ms的周期采样，因此调速器的高速响应速度等值于具有连续信号的模拟式调速器。

2.7 采用极少与可编程控制器（PLC）相配套的外部硬件，整个硬件配置为全PLC结构，这具体表现为：

2.7.1 测频由PLC内部的定时计数器完成。

2.7.2 控制力矩电机的PWM信号由PLC内部完成；

2.7.3 人机对话采用与S7系列可编程控制器（PLC）配套的纯中文界面的触摸屏显示器；

2.8 具有很强的容错功能，具体如下：

2.8.1 机频断线空载保持95%的空载开度，并网后以网频代替并发信号，若此时网频断线，保持断线前的开度并发信号。

2.8.2 网频断线空载时自动切至频给并发信号；

2.8.3 PLC电源消失，直流电消失，以交流电代替，并发信号保持原工况，交流电消失，发信号，交、直流电同时消失，保持原工况。

2.8.4 导叶反馈断线，空载时停机，并网后保持原开度，此时若发生甩负荷工况，紧急停机并发信号。

2.9 开机过程设置了两段开机规律，保证了机组在开机过程中能快速、平稳地进入空载状态。

2.10 具有无差自动跟踪网频功能，使机组并网快速片便平稳。

2.11 采用残压测频方式，频率信号取自主机母线电压互感器。

2.12 采用实际微分环节的并联PID调节方式调节品质优良。

2.13 具有自动适应运行工况的功能，无论在何种工况下，只通过按 手动/自动 切换按钮就可以无扰动地进行运行方式切换。

2.14 具有自动识别并网后是单机运行还是并大网运行，无论在何种情况下，调速器都能正常运行且无须人为干预。

2.15 具有同上位机通讯功能，接口方式为RS232C或RS485;

2.16 采用交、直流电源同时供电，减少了由于电源故障而影响工作的几率，当单一电源瞬间断电时对整机的运行无影响。

3、实际运行情况

该调速器自投入运行以来，运行状况良好。至今没有出现因调速器问题而导致的不能自动开、停机现象。在系统事故时调速器运行正常，没造成事故扩大，经受了事故的考验，详述如下：

2012年5月中旬系统落雷高压511开关跳闸，负荷单机由320KW甩至“0”，调速器机频频率稳定在50±0.3Hz范围内，直到系统恢复正常。

该调速器在自动状态下开机时能很快稳定机组的频率达到同期频率。若自动部分有故障，可将调速器切为手动状态进行开机操作，先检查开限电机在全关位置，然后将力矩电机旋至最大位置，向开机方向手动旋转开限电机手轮，逐步调整导叶开度，人为调整机组频率到额定值即可。

调速器柜内设有一紧急停机电磁阀，一旦有危及机组安全的事故需紧急停机时，可自动、手动紧急停机，保证机组安全。

该调速器不足的地方时力矩电机来回摆动频繁，幅度不定，估计与系统网频变化有关，须与厂家商定。

4、结束语

该调速器在我站的使用基本上是成功的，其可靠性能高，安全性能好。保证了电站发电系统良好的运行。