广西水利水电ＧＵＡＮＧＸＩ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１３（１） ・机电技术・ 天生桥一级水力发电厂调速器改造 常辉，路小锋，罗克武 兴义５６２４００） （天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州【摘要】介绍了新一代可编程计算机控制器（ＰＣＣ）调速器的技术特点，并结合天生桥一级水力发电厂调速器改造的 工程实践，对改造过程中出现的问题进行了分析，并提出了处理措施。 【关键词】ＰＣＣ；调速器；改造；控制策略；优化 ［ｏｅｌＩｔ分类号】ＴＫ７３０．４１ ［文献标识码】Ｂ ［文章编号】１００３—１５１０（２０１３）０１—００７９—０２ （贝加莱）公司２００５系列的ＰＣＣ模块作为电气调速 １ 概述 天生桥一级水力发电厂（以下简称天一电厂） 位于贵州省安龙县与广西自治区隆林县交界处的 南盘江上，总装机容量４ｘ３００ ＭＷ，１９９８年１２月首 台机组并网发电，２０００年ｌ２月４台机组全部投入运 器硬件的主体。ＰＣＣ（可编程计算机控制器）融合了 传统的ＰＬＣ（可编程逻辑控制器）和ＩＰＣ（工控机）的 优点，既有ＰＬＣ的高可靠性和易扩展性，又有ＩＰＣ 的强大运算处理能力和较高的实时性及开放性。 ＰＣＣ模块的应用，提升了电气控制柜的硬件性能。 行。天一电厂属南方电网总调直调电厂，在系统中 主要承担调频调峰任务。 水轮机调速器担负着调节机组频率、机组启 动、停机、工况转换、增减负荷等多项控制功能，其 性能的好坏直接关系到机组的安全运行。天一电 厂调速器改造前，４台机组调速器均存在一次调频 调节量不足的问题，主供道也因运行时间长而 漏油频发。其中，１ 、３ 、４ 机组调速器机械控制柜尚 为保证可靠性，电气控制柜配置为Ａ、Ｂ双机冗 余切换系统。Ａ、Ｂ双机之间的可靠切换是由一个 智能切换继电器来实现。该智能切换继电器选用 的是欧姆龙公司的ＺＥＮ可编程继电器。通过ＰＣＣ 的采样模块采集信号，两套ＣＰＵ同时处理采集 到的信号，一套处于主控模式，一套处于热备用模 式。当其中一套控制器发生故障或需要检修时，智 能切换继电器控制另一套立即自动投入，无扰切 换，维持系统工况保持不变。 采用调节杠杆、明管、引导阀、机械开限及机械反馈 传动机构，结构复杂，元件老化，存在漏油、机械反 馈故障多发的问题。２ 调速器机械控制柜也数次因 主配压阀零点漂移造成溜负荷。因此，调速器的改 造升级迫在眉睫。 ２０１２年２—５月，天一电厂完成了４台机组的调 速器改造。此次改造采用新一代ＰＣＣ调速器，电气 控制柜及机械控制柜均有较大技术改进。通过积 极探索实践，有效地解决了改造过程中出现的问 题，并对一次调频控制策略进行了优化。 通过控制器ＣＰＵ计算得到的控制电压信号由 ＰＣＣ输出到电液随动系统，控制接力器的执行。人 机接口界面部分选用高亮度液晶触摸显示屏，作为 整个控制系统的监控显示和操作界面。 两套ＰＣＣ之间利用ＣＰＵ模块上的ＣＡＮ接口进 行实时通信，保证两套调节器之间的信息冗余；两 套ＰＣＣ通过各自的ＲＳ２３２口和人机界面显示屏以 Ｍｏｄｂｕｓ协议进行通信；ＰＣＣ通过ＩＦ３２１接口模块和 监控系统以Ｍｏｄｂｕｓ协议进行通信。 ２ 电气控制柜技术特点 电气控制柜采用南瑞的ＳＦＡＲ２０００Ｈ水轮机调 速器电气调节装置。ＳＦＡＲ２０００Ｈ选用奥地利Ｂ＆Ｒ ［收稿日期】２０１２—１２—０３ 【作者简介】常护工作。 ３机械控制柜技术特点 ３．１机械控制柜技术改进 机械控制柜采用南瑞的ＺＦＬ一１５０１Ｄ调速器液 辉（１９８５一），男，河南南阳人，天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂助理工程师，学士，主要从事水电厂电气二次检修维 ７９ 常辉，路小锋，罗克武：天生桥一级水力发电厂调速器改造 压操作柜。与此前调速器机械控制柜相比，主要有 以下改进： （１）采用了全液控自复中式主配压阀作为控制 核心。主配压阀自身具有自动回复中位的特点，其 自复机构简单可靠，不存在零点漂移现象，无需调 整机械零位。 （２）所有液压件都设计安装在液压集成块上。 液压件之间的联接由集成块内部的油道完成，全部 取消明管，从而可大大提高操作油压力。 （３）完全改变传统的系统结构，取消了调节杠 杆、明管、引导阀、机械开限机构、辅助接力器及机 械反馈传动机构，大大简化系统结构，提高了系统 的可靠性，实现了无渗漏。 ３．２控制油路设计 机械控制柜油路设计为两路自动控制油路冗 余配置，一路手动控制油路，一路紧急停机油路。 两路自动控制油路采用德国ＢＯＳＣＨ比例伺服 阀作为电液转换元件，一路主用，另一路备用。机 组正常运行时，主用油路比例伺服阀１实现机组的 控制。备用油路的比例伺服阀２跟踪主用，但油路 被切换阀封死，不输出控制。当主用油路的比例伺 服阀ｌ故障时，电气控制柜通过控制切换阀，自动切 换至比例伺服阀２控制，实现自动控制切换无扰动。 手动控制油路采用德国ＢＯＳＣＨ的数字脉冲阀 实现手动增减控制。当两路自动控制油路均故障 或者电气控制柜掉电时，无需人工干预，自动切换 至手动控制，保持机组当前状态不变。电气控制柜 检修或运行需要时，也可以人为切换至手动方式， 实现对机组的控制。 紧急停机油路，采用德国ＢＯＳＣＨ的电磁换向阀 作为控制元件，实现机组事故时紧急停机功能。综 合考虑整个控制油路的复杂性和可靠性，紧急停机 仅设计一路，无冗余。 ４改造过程中的问题及处理 ４．１双导叶传感器安装调整 考虑到导叶采样的重要性，此次调速器改造设 计为双导叶传感器冗余配置。两个导叶传感器固 定在同一底板平面上，传感器滑块由同一个推拉杆 牵引。然而，在开关导叶过程中，导叶传感器抖动 严重，导叶采样跳动。观察发现：双传感器水平度 及平行度无法满足要求，并且所固定底板刚度不 足。导叶开关时两个传感器受力不平衡，引起抖动。 ８０ 尝试改变安装方式，但由于空间有限，不方便 布置两个底板平面或者安装两个推拉杆。在更换 刚度足够的底板后，重新调整双传感器水平度及平 行度。将两个导叶传感器安装在底板平面后，暂不 紧固。手动开关导叶数次，观察推拉杆带动滑块往 返运动平滑后，将导叶传感器固定牢固。传感器抖 动问题终于得到解决。 ４．２一次调频响应偏差处理 ＳＦＡＲ２０００Ｈ采用信号处理器将齿盘、残压等频 率信号滤波、整形，调理成ＰＣＣ能接受的方波信号， 输人ＴＰＵ通道。ＰＣＣ内部具有高达６ＭＨｚ的测量时 钟，可以作为测量基准。在ＰＣＣ程序中调用相应 ＴＰＵ模块即可实现对机组频率的采样，测频非常 方便。 在ｌ 机组一次调频频率响应试验时，仿真输出 机组频率４９．９５２ Ｈｚ（１０Ｖ电压信号），一次调频即动 作，频率响应偏差０．００２ Ｈｚ。监视ＰＣＣ程序发现：频 率采样偏差３—７个码值不等，且采样有跳动（程序中 率定码值２００，０００对应５０Ｈｚ）。经分析判断为：低 电压信号下，频率采样会有误码偏差。为求精确， 在硬件无法修正的情况下，尝试通过程序进行修 正。在一次调频动作判据中，对频差进行相应补 码，修正频率响应。经试验验证，达到理想效果。 ４．３一次调频控制策略优化 对于水轮发电机组来讲，一次调频动作死区 为０．０５ Ｈｚ。当频差ａｆ（机组频率与额定频率５０ Ｈｚ 之差的绝对值）大于 ，一次调频即动作。其调节量 以超出动作死区部分的频差，即以（△厂＿Ｏ．０５）Ｈｚ作 为计算对象，实际参与计算的频差很小。在小频差 下，一次调频对导叶开度的调节幅度也很小，很容 易受到水力因素、机械调节机构自身死区等干扰。 并且，在同一水头下，导叶开度与机组有功并非线 性关系；不同水头下，导叶开度对应的机组有功也 不相同。所以，调速器在开度控制模式下，经常会 出现一次调频积分电量不足的问题。 为解决此问题，ＳＦＡＲ２０ＯＯＨ调速器优化了一次 调频控制策略。其在一次调频的计算中，设置两个 死区：一个是原有的“动作死区” ，一个是新增的 “计算死区’ 。“动作死区’： 仅作为一次调频动作与 否的判据，不参与具体计算。“计算死区” 参与一次 调频计算，即以（Ａｆ－１ｆ）Ｈｚ作为计算对象，进行调节 控制。这样，可以通过对“计算死区” 设值，控制一 次调频的调节幅度，从而满足积分电量的考核要 （下转第８９页） 广西水利水电ＧＵＡＮＧＸＩ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ＆ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１３（１） Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｉｌｆｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｗａｔｅｒ ｃｅｎｓｕｓ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ ＷＵ Ｈａｉ—ｌａｎ ．ＷＵ Ｈｏｎｇ—ｍｅｌ‘ （１．Ｗａｔｅｒ Ａｆｆａｉｒ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ０６１０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃａｎａｌ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ，ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｎａｔｉｏｎａｌ ｗａｔｅｒ ｃｅｎｓｕｓ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｉｌｅ ｍａｎａｇｅ— ｍｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ，ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｗａｔｅｒ ｃｅｎｓｕｓ；ｆｉｌｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ （上接第８０页） 求。“计算死区’ 设值在一定范围内可调整，方便水 头变化时对一次调频调节幅度进行适当修正。 经试验及实际运行验证，此控制策略较好地解 决了一次调频积分电量不足的问题。 了电气控制柜硬件性能，简化了机械控制柜系统结 构，并且在调试过程中对所遇到的问题进行了有效 处理，优化了一次调频控制策略，确保了调速器改 造后机组安全稳定运行。 （责任编辑：刘征湛） ５ 结语 天生桥一级水力发电厂通过调速器改造，提高 Ｕｐｇｒａｄｅ ｏｆ ｇｏｖｅｒｎｏｒ ａｔ Ｔｉａｎ Ｓｈｅｎｇ Ｑｉａｏ－Ｉ Ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ＣＨＡＮＧ Ｈｕｉ，ＬＵ Ｘｉａｏ－ｆｅｎｇ，ＬＵＯ Ｋｅ－－ＷＨ （Ｔｉａｎ Ｓｈｅｎｇ Ｑｉａｏ－Ｉ Ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，Ｘｉｎｇｙｉ ５６２４００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｇｏｖｅｒｎｏｒ ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＣＣ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｐｇｒａｄｅ ｏｆ ｇｏｖｅｒｎｏｒ ａｔ Ｔｉａｎ Ｓｈｅｎｇ Ｑｉａｏ－Ｉ Ｈｙｄｒｏ－ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｕｒｉｎｇ ｕｐｇｒａｄｅ ａｎｄ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＣＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）；ｇｏｖｅｒｎｏｒ；ｕｐｇｒａｄｅ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ． ８９
