摘 要 机械液压调速器是水电站普遍采用的调速装置。由于属老式产品而且科技含量较低，已不能满足水电站科技进步的要求。为适应农村水电技术现代化的技术要求，在技术改造中采用步进式电位移技术，将机械调速器改造成微机步进式调速器，提高了电站的自动控制水平。
　　关键词 水电站 调速器 技术改造 安全运行

　　喀拉格尔水电站位于新疆维吾尔自治区和田县境内的喀拉喀什河上，该电站海拔1520.445m，属径流引水式电站，装机容量11400kW（2×3200kW+1×5000kW）。引水渠设计流量28m3/s，设计水头52m，单机设计流量7.5m3/s、11.2m3/s。电站分别于1990年和1995年建成并网发电。
　　该电站是和田县“十五”水电农村电气化建设的重点项目。为使电站达到“无人值班、少人职守”的水电农村技术现代化水平，首先对电站的调速器及励磁装置等进行了先期改造，本文仅对调速器的技术改造予以论述。

　　一、技术改造的必要性
　　喀拉格尔水电站1#、2#机组的调速器原配置型号为CT-40，工作容量2600N.m；3#机组的调速器原配置型号为YT-3000，工作容量3000N.m、额定油压20kg/m2 。
　　CT-40型及YT-3000型调速器均为机械液压调速器,其控制部分为机械杠杆、飞摆、缓冲器等,结构比较复杂, 存在动作迟缓、测频精度差、难以调整和维护、技术落后等缺陷。目前,该电站调速器己经出现了自动调节能力下降，频率不稳定、操作不灵活、经常出现丢步与失步的现象。当电网出现事故跳闸，调速器不能及时关闭水机导水叶，则会发生机组飞车事故。调速器的现有问题已经严重地影响了机组的正常运行，造成了一定的经济损失，因此对其进行技术改造是非常必要的。

　　二、改造方法
　　目前生产微机调速器的 厂家比较多，型号也各不相同，但其原理基本相同。经过查阅有关资料并与有关生产厂家进行技术交流、沟通，结合电站的具体情况，经认真分析，决定采用BWT—1B型步进式微机水轮机调速器。
　　改造方法是保留原调速器主配压阀以下的机械及液压装置部分，改造主配压阀以上的控制调节部分。由于不改变调速器的机械及液压装置，其改造过程相对比较简单，将原调速器控制箱及箱内的飞摆马达、连杆缓冲机构等撤除，更换成微机控制步进电机式控制调节装置。

　　三、微机步进式调速器的特点及功能
　　微机步进式BWT—1B型调速器主要由步进式电位移伺服电机系统和液压随动系统组成。主要元件有可编程控制器、触摸显示屏、反馈传感器、测频板、电源系统、步进电机、丝杆、位移传感器及液压元件。电位移伺服系统采用的是可编程控制器—步进式驱动器—步进电机—丝杆—位移传感器的结构形式。液压随动系统采用引导阀—辅助接力器—主配压阀—主接力器—机械反馈的结构形式。由步进式电位移伺服电机带动液压随动系统,实现对水轮机的控制,取代传统调速器飞摆电机转速机构和缓冲器。
　　1. 微机步进式调速器的主要特点
　　步进电机的应用，取消了传统的电-液伺服系统，克服了模拟放大电路存在的各种问题，特别是取消了电液转换器，消除了电液转换器引起的一系列问题。不需要高精度的油源，因此降低了对滤油器的要求。由于采用了刮片式滤油器，取消滤油器切换阀，也完全省去了滤油器的日常清洗更换工作。除保留传统调速器的所有功能外,还增加了当电源消失时调速器自动进入手动运行并维持原有的导叶开度不变功能。
　　步进式电位移伺服电机采用了闭环控制，完全取消了丢步现象；步进电机的变速控制方式，完全解决了步进电机控制时速度与失步的问题。位移转换装置还设有纯手动机械式超行程保护功能，防止传感器断线等意外故障发生时，丝杆卡死过载，损坏步进电机。
　　步进式调速器的电气回路中完全取消了电位器和继电器,减少了接触不良等不安全因素,调节柜内无功放大板等模拟电路,避免了模拟放大电路存在的漂移,抗干扰性能等问题。简化了开度限制机构，简化了杠杆、滤油器及柜内的结构。独特的变速控制方式,具有自动检测步进电机失步等故障诊断处理的能力,保证了整个系统的安全性、可靠性。具有频率跟踪、开度跟踪、功率跟踪等功能,保证了调速器手动、自动无扰动切换以及运行模式无扰动切换。自动按工况改变运行参数,调节平稳、速动性好。采用梯形图编程,使程序易懂易读,修改方便。采用单片机测频,线性度好,精度高,速度快。手、自动运行方式切换平稳，不论是从手动运行还是自动运行进入手动运行，都可以随意切换，而不必考虑开度是否处于限制状态，所有的切换都在电路内实现不会引起任何油压波动和机械转换。整个系统结构简单，操作方便，可靠性高，维护和检修工作量小。
　　2.微机步进式调速器的主要功能
　　步进式调速器具备正常运行、故障运行及紧急停机功能。可以设定频率调节、功率调节、开度调节等三种运行模式，可手动（自动）调节导叶给定开度、限制开度、频率给定、功率给定。所有控制功能（自动/手动、开机/停机、增/减负荷）都可在现场进行操作。可实现调速器手动（自动）无扰动切换和运行方式的无扰动切换。在不停机的状态下能方便的进行电气部分及步进式电--位移装置的检修工作；在电源消失时可维持原有导叶开度不变。导叶开度、频率、功率实际值及给定值、运行方式、各种故障指示都可在人机界面的触摸屏上显示。能方便的与上位机通讯，通过通讯能可靠接受计算机监控系统下达的各种指令，即可上传机组频率、电网频率、导叶开度、电气开限、机组功率、运行模式、手自动切换状态及各种故障的量值及信号，又可下传频率给定、开度给定、电气开限、功率给定、当前水头及各种模式切换的量值及信号。

　　四、改造过程
　　按照既定的改造方法，首先将调速器接力器上方的调节柜及柜内的飞摆马达和调节机构撤除，但应保留调节机构的连接部分。清理调节柜底面与调速器油箱的接触面，就位安装微机调节柜。固定牢固后，将柜内的机械调节随动机构与原有装置相连接，并接通各油压管路系统及电气回路。
　　安装完毕，先进行静态调试：检查电气回路、接通电源，打开油阀，手动旋转步进电机手轮使电动缸输出行程为50%后保持不动，调整杠杆机构为基本水平并同时使导叶开度达到50%，调整位移传感器在中间位置，然后将传感器固定。检查各运行指示灯指示正确，检查事故停机回路，根据调保确定开机和关机时间。拆掉机频和网频信号检测，用低频信号发生器作为信号源，模拟开机，调整频率给定、开度限制等参数。
　　动态调试：机组充水后，选择纯手动运行方式，旋转步进电机手轮手动开机，机组转动后频率逐渐上升，使其稳定在50Hz，记录此开度为空载导叶开度。然后利用触摸屏进行相关参 
数的设定。调速器运行稳定后，进行空扰试验，机组频率应在短时间内跟随给定频率而稳定运行，最大偏差不应超过4Hz。空扰试验合格后再进行自动开机和自动关机试验。若一切试验都合乎规定，则动态试验成功。
　　三台机组的调速器逐台进行改造，先进行1#机的安装调试，在安装调试成功后总结经验的基础上，再进行2#3#机的安装。由于准备工作充分、技术支持有力，每台调速器的安装调试时间均在一周之内完成。

　　五、结 语
　　调速器改造完成直至今已有一年多的时间，从未有因调速器问题而引起故障或事故的发生，调速器运行正常。通过运行可以看出步进调速器对增减负荷的反映非常灵敏，频率跟踪能力和功率跟踪能力非常强，操作调节平稳、速动性好、可靠性高，保证了电能质量，彻底改变了原有装置的不良状况，经济效益明显提高，达到了预期目的。
　　通过改造可以看出：微机调速器具有改造简单、时间周期短、见效快等优点。电站调速器的成功改造，不仅为我们积累了调速装置的改造经验，同时也为电站进行微机自动化监控技术改造奠定了坚实的技术基础（该电站自动化监控保护的技术改造已经完成，基本达到无人值班、少人值班，目前运行正常）。