株洲航电枢纽电站调速器系统控制部分改造

　　摘要：文章介绍了株洲航电枢纽电站调速器改造的原因和改造过程，具体分析了调速器电气控制部分以及液压控制部分的改造，对国产调速器与进口调速器进行比较，改造后效果明显。

　　株洲航电枢纽电站机组调速器系统采用奥地利ANDRITZ（安德里茨）公司的产品，自2005年第一台调速器投入运行至今已有10多年的时间，调速器主体功能较为稳定，但还存在一些无法解决的缺陷和问题，这些缺陷和问题已经开始影响机组的安全稳定运行，所以需要对调速器系统进行逐步的国产化升级改造。

　　1　改造原因

　　（1）调速器功能较为落后，不能满足电力系统的新要求

　　调速器是机组的重要控制设备之一，由于设备更新换代较快，原有的设计及技术参数已逐渐不能满足当今电力系统的新形势新要求，并且以下几点问题比较突出，亟需解决，以满足我厂对设备安全高效运行的要求：

　　（1）我厂调速器一次调频功能不符合电力系统并网要求，原有的进口调速器系统不具备一次调频功能。

　　（2）1#机组调速器备用ATC自投产以来就不能正常开机，用备用开机机组将会转速波动大，无法并网。

　　（3）调速器导叶及桨叶比例伺服阀采用4~20mA模拟量，中间位置为12mA，一旦伺服阀电信号消失，伺服阀将失控，导叶将往全关的方向走，桨叶将往全开的方向走，导致机组失控事故停机，存在较大安全隐患。

　　（4）机组在孤网运行状态下，调速器比例伺服阀频繁抽动，不能稳定，致调速器油泵运行频繁、油温过高。

　　（5）由于调速器无自保持中位功能，当机组在并网的状态下调速器失电、导叶桨叶反馈信号消失或其他系统故障时不能保持机组稳定运行，调速器直接走事故停机流程停机，造成非计划停运，多次受到调度考核。

　　（2）电气元器件基本达到使用年限，运行存在隐患

　　调速器电气部分元器件经过长期运行，由于运行环境恶劣，温度较高，柜内发热严重等原因，造成接线接触不良，绝缘降低，塑料组件老化脆化。随时可能出现故障或造成设备损坏，存在较大安全隐患。

　　（3）进口设备维护成本高，售后困难，无备品备件

　　由于调速器是奥地利ANDRITZ原装进口，及各种历史原因，安德里茨公司不再为我厂调速器提供售后支持，备品备件及易损件采购是个大难题，由于技术更新换代，大部分控制模块、元配件大多不再生产，只能采购升级换代后的配件，而升级产品与原系统又存在不兼容的情况。且备件价格极高，采购周期长（半年以上），不能满足安全运行的要求。

　　2　改造过程

　　经多方调研，本次改造选用的国产设备为北京中水科水电科技开发有限公司生产的数字插装阀调速器，电气控制柜整体改造，机械液压部分采用该公司独创的数字阀+插装阀模式，同时改造后的液压集成块（新加工）与现有的集成块原则上做一致化设计，包括安装尺寸、管路连接位置等尽可能一致，尽量减小现场安装/配管的工作量。

　　调速器电气柜根据我厂原有屏柜尺寸设计，配置双贝加莱PCC+双路独立测频通道+双独立A/D通道模式，最大限度地保证整套系统的可靠性和可使用性。改造中的调速器电气柜二次接线原则上尽可能与原电气柜保持一致，外部位移传感器及测速探头沿用原有设备，按原有接口设计对接即可，改造过程方便快捷。

　　机械部分将我厂原有模拟量电磁阀控制方式改造为数字阀+插装阀模式，由原有的小油路控制大油路改造为大油路直控。它突破了长期以来的电气-机械/液压转换元件 + 主配压阀的调速器控制形式，是一种全新的设计，既保证了可靠性、兼容性，又使控制方式变得简单化。逻辑插装阀采用标准化设计，由阀组衬套、主阀芯、弹簧等部件组成，具有密封性好，抗油污能力强等特点，是数字插装阀式调速器系统的主级随动控制的关键组件，调速器控制信号采用DC24v直流开关信号，通过高速开关阀控制对插装阀进行直接控制，取消了中间液压过度环节，使阀组控制更加直接，系统的可靠性与灵敏性得到提升，实现了真正意义上的全数字化调速器。该机械液压系统与微机直接结合，无须D/A转换和传统的电液转换部件，简化了系统结构，电液转换过程快捷、信号失真小、控制灵活易行。

　　3　改造效果

　　改造后效果明显，满足了当今电力系统新要求： ①改造后的调速器采用数字阀+插装阀模式控制方式。电气控制采用双贝加莱x20系列处理器，可实现故障自诊断、双机故障自动切换功能，控制器调节方式采用可变PID调节方式，具有开度控制、频率控制、流量控制、功率模式等多个控制模式，每个模式PID参数独立，可适配水轮机各种工况，机组运行稳定。②改造后的调速器采用残压加齿盘测速方式，精度更高，机组开停机过程更加稳定。③改造后调速器在各种水头及符合工况下，机组甩负荷后，能迅速保证机组稳定在空载额定转速，或根据监控系统的指令，可靠地实现紧急停机，保留了原有调速器各种性能特征。运行过程中，如发生水头波动、调速器反馈信号故障、装置失电等突发事件时调速器能保持故障前得运行状态，同时发告警信号给监控系统，不会因故障而导致机组非停。④改造后的调速器提供功能强大的性能测试装置，能方便地进行各种现场或模拟试验，如自动进行调速系统的静态及动态参数测试；现场可以实现根据用户需求修改各种参数、进行现场试验及操作等功能；提供评价动态过程的数据；能以测试数据、表格及曲线等形式自动记录试验结果等。⑤改造后调速器保压效果明显提高，开机过程中油泵启动时间延长至5h以上。

　　4　结语

　　本次调速器改造只是将电气控制部分以及机械液压控制部分进行了局部改造，改造后效果明显，既保留了原有调速器系统的优点，又增加了现有国产调速器的特点。改造后运行状况良好，解决了现存的遗留问题，我厂将逐步改造调速器为国产，进一步保证机组的连续安全稳定运行。

　　作者简介：张冰冰（1984-），男，湖南长沙人，湖南发展集团股份有限公司株洲航电分公司工程师，研究方向：水利电力。

　　参考文献

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　　[3]杨向前.论水轮机组调速器液压系统的故障诊断与排除[J].中国新技术新产品，2011（3）：180.

　　（责任编辑：周羿廷）