浅论棉花滩水电厂调速器电气部分改造

【摘 要】调速器是电厂的主要设备，调速器设备的安全稳定运行将直接影响电厂的安全生产，随着社会工业及电力系统的发展，对电厂现场调速器运行的安全性、稳定性各项指标的要求也越来越高。当系统频率波动时，现场调速器应有可靠的频率补偿投入功能，确保电网对频率质量的要求，当电网频率波动较大时，调速器应能实现通过远程控制切回“负荷控制”方式，从而保证机组有功的正常调整，当系统事故时，应能快速启动或停止机组，而电厂的机组被做为电网系统的第一调频厂时，应确保机组在投入AGC的情况下，快速稳定的自动调节负荷。在电力系统现代化建设进程中，调速器的设计原则应为技术先进，安全可靠，操作维护方便，能满足电厂“无人值班，少人值守”的要求。

【关键词】调速器；性能指标；安全稳定

1.项目概要说明

1.1提出理由

棉花滩电厂机组调速器系统2001年4月投产，原为德国产，型号PLC模件和面板部分元件已停止生产，并且PLC运行年限为10年，有必要年限到后对调速器电气控制部分PLC及部分元件进行改造更换。

1.2拟实现目标

（1）以WT型可编程微机调节器（电气部分）改掉原调速器电气控制柜。该电气柜除了满足国标要求外，还包含了原调速器电气部分所有控制功能。可编程控制器选用法国施耐德公司生产的高性能32位ModiconM340系列 PLC。

（2）改后的电气柜中保留原振摆检测装置、电液转换器的放大器和模拟量隔离模块。

（3）改后电气柜中的端子安装位置和排列顺序保持与原调速器一致，方便现场安装。

（4）增加机组残压测频，实现机组频率测量的冗余；增加系统频率测量，实现空载频率跟踪功能。

（5）将机组转速继电器独立出来，采用与调速器相同系列的PLC，实现原调速器的转速信号输出功能。

（6）原调速器机柜和机械液压系统均保持不变（含原调速器接力器反馈不变）。

（7）改造后新调速器采用标准MODBUS协议和上位机监控系统进行通迅。

1.3改造工作重点

本次改造应在保证调速器原有的控制及通讯功能的基础上进行升级。调速器的所有性能指标均应满足水电站安全、稳定运行要求，并符合最新的中华人民共和国的相关标准。

1.3.1 改造后调速器技术参数

调速器型号：WT-80

调速器型式：并联PID调节

测速方式：残压+齿盘

测频误差：≤0.00034%

电源：交流220V±15%，直流220V±15%

永态转差系数：bp=0～10%（调整分辨率为1%）

比例增益KP：0～20s

积分增益Ki：0.05～101/s

微分增益Kd：0～5s

频率给定范围：FG=45～55Hz（调整分辨率为0.01Hz）

频率死区范围：E=0～0.5Hz（调整分辨率为0.01Hz）

功率死区范围：i=0～5%

开度给定调节范围：0～100%，调整分辨率0.01%

电气开度限制范围：L=0～100%（调整分辨率0.01%）

功率给定范围：P=0～120%（调整分辨率≤1%）

1.3.2 改造后调速器性能特征

（1）静态特性曲线近似为一直线。

（2）调速器转速死区ix

（3）转速不灵敏度：调速器的转速不灵敏度不超过额定转速的0.01%。

（4）空载工况自动运行，机组转速摆动相对值≤±0.15%。

（5）机组甩25%负荷，接力器不动时间≤0.2S。

（6）从机组甩100%额定负荷起，到机组转速偏差小于±1%为止的调节时间tE与从甩负荷开始至转速升至最高转速所经历时间tM的比值≤8；在转速变化过程中，超过稳态转速3%额定转速值以上的波峰不超过2次。

（7）调速器综合漂移量折算为转速相对值不超过0.3%。

（8）电气部分温度漂移折算为转速相对值不超过0.01%。

（9）调速器的电磁兼容性保证符合IEC801-4《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》IV部分“电磁快速瞬变脉冲群”的要求。施加干扰时，电气装置的功能和动作应正确无误，接力器不应有异常动作。

（10）柜体中各独立带电回路之间、电路和金属外壳（或地）之间，在温度为15℃―35℃及相对湿度为45%―75%之间的环境下试验，按其工作电压大小，能承受下列规定的耐压试验电压，历时1min的介电强度试验，且无击穿和闪络现象。

设备额定电压U（v） 工频耐压试验（Kv）

U≤60 1.0

60

300

电气柜中各独立带电回路与地之间的绝缘电阻，在温度为15℃―35℃及相对湿度为45%―75%之间的环境下，应不小于1MΩ。

1.3.3 改造后调速器配置

（1）可编程控制器选用法国施耐德公司生产的高性能32位Modicon M340系列 PLC，全部为标准化模块式结构，所有模块均直接安装在标准的BUSX总线上，多任务操作，可带电拔插，4M程序存储器，单步指令执行时间0.12uS。编程语言符合PLC标准IEC1131；储存容量和输入、输出接口都留有相应的余量；设有3个RS485通讯接口，一个以太网接口，一个usb编程口。与监控系统的通信既可采用RS485接口，也可采用以太网接口，协议采用标准的MODBUS协议。该通讯接口与输出到机组LCU的I/O接口构成双重信息交换。

（2）以12.1英寸彩色液晶触摸屏作为全中文人机交互的界面，具有界面丰富、能完成调速器的相关测试及显示实时曲线的功能，具有功能强、易操作的特点。

（3）元件如：按键、旋钮、开关电源、继电器等元件全部采用进口件，且调节器所用电子元件都进行老化筛选，以保证质量。

1.3.4 改造后转速继电器配置

转速继电器采用与调速器相同系列的PLC，具有交流220V和直流220V双路电源供电，既可残压测频，也可齿盘测频，输出8路转速信号，每路转速值可以设定，自动记录机组最高转速，也可复归此记录。转速继电器通过以太网交换机与调速器的触摸屏交换数据，也就是说通过调速器的触摸屏可以显示转速继电器的转速及状态和参数设置，转速继电器既有RS485通信接口，也有以太网接口可与监控系统通信，上送监控系统机组转速和各种状态及故障信号。

2.结束语

通过上述设备各项性能参数指标试验正常后进行了充水后自动开停机试验、监控自动开停机试验、空载扰动试验、过速试验、负荷扰动试验、甩负荷试验、事故低油压试验，所有试验均正常，本次调速器电气部份改造升级成功，各项性能均符合国标及行业标准。

主要参照标准如下：

GB/T9652.1-2007《水轮机控制系统技术条件》。

GB/T9652.2-2007《水轮机控制系统试验》。

QMHT1015-2012《棉花滩水电厂调速系统运行规程》。