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水轮机调速器辅助功能若干问题的探讨 |
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| 水轮机调速器辅助功能若干问题的探讨 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:51:04  |
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水轮机调速器辅助功能若干问题的探讨
薛自新
西安理工大学，陕西西安710001
近年来，随着现代控制理论的发展及电子计算机技术应用的普及，在水轮机调速器中不断采用高级控制规律，使调速器的调节性能指标不断提高，调节功能不断的扩展和完善。在满足其基本功能的基础上，已经研究并运用的辅助功能有：人工失灵区、频率跟踪、相角控制、按水头改变空载开度，按水头控制导叶开度，远、近方手自动无扰动切换、功率反馈等等；微机调速器中，计算机辅助试验，各种容错功能，保护功能等等。调速器应该配置那些辅助功能，研制单位，电站设计及用户，各有自己的做法看法，就此问题及模拟电路调速器容错功能的扩展完善，结合参加调速器的技术改造及了解的情况，提出一些粗浅的看法。
1 推广具有实用价值的辅助功能
70年代国内外新设计的电液调速器大多增设了频率跟踪功能，我国绝大多数调速器也都设置了这一辅助功能，但使用情况并不理想，大都未能正常投入使用。该功能是指在调速器中引进电网电压和机组电压的频率偏差信号，进行比例积分运算，控制导叶开度，使机组频率跟随电网频率变化，并保持某一固定的频差，在同期点附近不断摆，过零的次数控制在每分钟5～9次，约10s获得一次并网机会，使机组很快满足并网条件。这一功能的关键在于两个测频回路，若要保证良好准确的跟踪就必须保证两个测频回路一致。频率跟踪加速了机组的并网过程，深受用户欢迎，所以这个功能很快得到推广应用。
80年代在频率跟踪的基础上研究开发的频率相角跟踪。该功能也是在调速器中引入电网电压和机组电压频率差信号、相角差的信号，并进行比例积分运算，控制导叶开度，使机组跟随电网频率变化，相角差在零度附近摆动或停留，很快满足并网条件，实现快速自动准同期。长江控制设备研究所，华中理工大学和葛洲坝二江电厂合作研制的WDST－G型双微机调速器，采用频率—相角复合控制，投入葛洲坝17.5万kW的水轮机运行。调速器与自动准同期装置配合，在开机令发出的1分钟左右即能并入电网，而且冲击电流较小，在电网故障或缺电的情况下，实现快速自动准同期具有十分重大的社会效益和经济效益。在电网电压波动较大的小系统中频率跟踪和相角跟踪使用效果更加显著。
计算机辅助试验功能。我国南京自动化所的微机调速器设计了计算机辅助试验功能，在进行机组充水前和充水后的试验时，计算机自动采集和记录试验数据，进行数据处理，并绘制试验曲线，打印试验结果。加快了调速器试验和试验结果的分析过程，减少了试验中人为误差，提高试验精度。但是，是将计算机辅助试验功能的软件设置在调速器的计算机中，还是独立成为一个试验仪，有着两种不同的看法。从发展的趋势来看，将来形成一个专用的调速器系统试验仪的可能性更大。这主要是以往我国调速器系统试验设备缺少定型系列产品，而随着计算机应用的普及深入，它很容易形成专用系列产品。
人功失灵区功能现在可以说已成为调速器的基本环节，现在生产的调速都设置这一环节。
2 微机调速器的辅助功能
微机调速器，自80年代初在我国研制成功以来，目前，正处在迅速发展的阶段。1980年华中工学院率先研制成功微机调速器，并于1985年通过技术鉴定。1987年南京自动化研究所与富春江水利发电设备厂联合研制的WSST－2型微机调速器通过技术鉴定。1989年长江控制设备研究所，华中工学和葛洲坝二江电厂合作，研制成功具有相角控制的双微机调速器，投入葛洲坝电厂17.5万kW巨型转浆式水轮发电机组上运行，1990年7月通过技术鉴定。目前，长江控制设备研究所，南京自动化研究所研制的微机调速器均采用了16位机具有在线故障诊断功能，同时还具有计算机辅助试验功能和众多的容错功能。当前在微机调速器采用适应式参数，变结构PID调节规律的较为多见。
与国外相比，我国微机调速器的研制与国外基本是同时起步的。目前国外微机调速器的功能和技术指标，与我国成熟的微机调速器产品基本相当，只是我国微机调速器生产工艺较差。但我国研制生产的微机调速器，一般电路和结构较为简单，考虑到便于维护检修这个因素，我国微机调速器的有效度还要高于国外微机调速器。国外生产的微机调速器，大都较为复杂，而且各生产厂家采用自己的专用机和专用语言，掌握使用它的技术比较困难。不易于系列化，标准化生产。
微机具有较强的逻辑判断，数据处理功能，存贮量大，软件编程方便易行，这些模拟电路所无法比拟的特点，使得微机调速器可以十分方便的设置众多的辅助功能。它易于用软件实现在线故障诊断，易于设置模拟仿真单元，实现变结构、变参数运行和众多的容错功能。
容错功能，作为提高调速器可靠性最有效的手段，随微机调速器的研制、生产，功能不断的完善和扩展。容错功能的含义就是：采用硬件冗余和软件冗余的方法，允许机器在某一部分故障的情况下，机器仍能继续工作，即允许机器带病工作（但性能可能降低）。目前在微机调速器中采用可修的双模冗余系统（双微机系统）就是采用硬件冗余的方法提高调速器的可靠性，即一机运行，另一机热备用。此外，在微机调速器中还利用软件技术，实现其它一些容错功能。诸如：反馈信号、测频信号消失时机组可继续运行，电液伺服伐故障时锁定机组负荷等等。必须指出的是：容错是有条件的，有些重要部位出现故障时，应立即转入手动或停机处理，让其“带病工作”是危险的和不必要的。在水轮机电液调节系统装置技术规程中，2．2．8条规定：对于大型电调和重要电站的中型电调，当测频单元输入信号消失时，应能使机组基本保持所带的负荷，且不影响机组的正常和事故停机。这本身就是一种容错性要求。在微机调速器中，这些功能实现相对容易，它只要设置一组模拟信号，在测频单元无效时，切换到模拟信号上。而对于模拟电调要实现就相对困难些。
3 模拟电调的辅助功能
模拟电调的辅助功能，理应比微机电调更早，更完善，但由于我国电调发展历史的特殊性，就是在模拟电调发展尚未成熟和定型的时候，微机调速器就在其基础上向前发展起来了，且十分顺利和迅速，因而也就抑制了模拟电调的研究和发展。
尽管模拟电调在某种程度上受到微机电调的冲击，但模拟电调近年的研制工作也取得了长足的进步。针对电液调速器电液伺服阀故障率较高，而研制出新型步进式电液伺服阀。就很有效的解决了电液转换器易于发卡的故障问题。西安理工大学控制技术研究所，利用他们研制开发的步进式电液伺服阀从1989年开始成功地用于CT－40型和YT－1800型共计4台机调改电调的技改项目中，并于1991年通过技术鉴定。并在此基础上，研制出新型BYDT－口系列步进式水轮机电液调速器，该调速器不仅采新型的BDY－S型步进式电液转换器，而且实现了变结构、变参数功能和容错功能。变结构功能由容错逻辑来实现，其主要功能包括：
测频失效即频率反馈失效时，调节器自动切除调差运行方式，由功率给定，频率给定，电气开限及机械开限来调整机组负荷或关机操作。
当机组频率低于80％时，调节器自动切除频率反馈；当机组频率大于80％时，调节器自动投入频率反馈。
主馈失效，即主接力器电气反馈失效，调节器自动切除静态误差校正及跟踪机械开限电路，调节器仅以稍低的精度进行调节。
中馈失效即中间接力器（BDY－S型步进电液转换器）电气反馈失效，调节器自动切除相应的闭环整步电路。调速器仍能正常工作，仅在特殊情况下可能使调节时间稍有延长。
增加必要的容错功能和采用新型电液转换器，使得调速器的整机可靠性大大提高。也使模拟电调的辅助功能的研究，提高到一个新的水平和高度。
4 显示与保护功能
随着调速器辅助功能不断增加和完善，各种功能工况状态的指示和保护是必不可少的。事物总是一分为二的，多一种功能，同时也就多了一个故障点。各种功能的采用，都是为扩展和完善调速器的功能而设置的，都是以保护调速器安全可靠为前提的，所以我们以为，凡是所增加和完善的功能都应有必要的指示和保护措施。西安理工大学控制技术研究所研制的新型BTDT－口系列调速器中，设置了如下较完善的信号，保护回路。
电源消失，反馈失效，PID失调动作时，除调节器面板上有相应的指示外，尚能接通机组控制的光字牌及故障音响回路。
测频失效，PID参数切换，跟踪网频投入时，调节器面板上相应指示灯亮。
当调节器电源消失，或PID失调动作后，若发电机油开关合闸，则调速器可长期保持故障前开度不变，且不影响用机械开限关机或事故停机；若发电机油开关跳闸，则自动启动事故停机继电器实现关机。
另外各种表计按水轮机电液调速系统及装置技术规程要求设置。
5 结语
水轮机调速器作为水电站的基础自动化设备，调速器质量的好坏，功能设置是否完善、合理，将直接影响电能的品质和电站安全运行。在调速器中设置那些辅助功能，还有待于进一步研究。但设置必要的安全保护功能和公认有推广价值的辅助功能，象频率跟踪，相角跟踪，计算机辅助试验功能，是可以肯定的。容错功能作为提高调速器可靠性最有效的手段，需要进一步的完善、扩展。辅助功能并非越多越好，应根据电力生产需要，从有利于方便安全运行需要设置必要的辅助功能。
参考文献：
［1］吴应文．水轮机调速器进展［R］．武汉：长江控制设备研究所，1991．
［2］吴应文．水轮机调速器技术改造若干问题的探讨［R］．武汉：长江控制设备研究所，1994．
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