[摘要]　都平电厂调速器型号为SKDST-100电液双调，运行多年来，电液转换器经常卡阻，调速器无法稳定运行，并网困难，不能孤网和自带厂用电运行，常需切至手动调节，遇甩负荷时易出现机组过速。为解决这些问题，提高机组安全，对调速器进行了改造。图1幅。[要害词]　调速器改造步进电机两段关闭1电厂概况都平电厂位于广东省封开县境内西江一级支流贺江上，是贺江电力发展公司在贺江上开发的3个梯级电站的第一级电站，装机容量2×15MW，灯泡贯流转桨式机组；调速器为天津水电控制设备厂制造，型号为SKDST—100电液双调。2改造原因及必要性调速器在多年运行中发现存在下列问题：稳定性差、死区大、调节灵敏度低；电气元件易老化、寿命短、故障率高；机械液压系统结构复杂、维护量大、可靠性差。电液转换器经常出现卡阻，正常运行中有时出现溜负荷；开限机构在开停机时有时无法自动打开或关闭；机械协联机构常因桨叶启动阀和联锁阀卡阻而无法动作；桨叶机械协联机构凸轮不准确，效率低，常需人为手动调整；并网难且时间过长，有时甚至无法并网。都平电厂水库为日调节，机组开停机和出力调节较为频繁，在机组并网时调速器经常要切至手动调节方可并上网。电厂处于电网末端，只有一回110kV出线，在雷雨季节系统线路跳闸频繁；因电液转换器卡滞，机组甩负荷出现过速而致事故配阀动作停机。由于当地电网结构非常薄弱，有时需要单机孤网运行，另外在线路跳闸或检修时，还需自带厂用电运行，而调速器只有空载和大网2种调节参数，在孤网和带厂用电运行时电液转换器和机械液压系统抽动现象严重，调节过于频繁，不能稳定运行。以上问题已经影响水轮发电机组安全和稳定运行，另外为配合本厂常规控制改造为水科院的H9000计算机监控系统及满足今后“少人值班”的运行要求，决定对调速器进行改造。3新调速器主要技术特点及调速器的改造在更换新的调速器之前，我们先后曾对SKDST—100电液调速器作出过改进；如将原调速器的220VDC操作回路改造为24V回路，因220V继电器线圈匝数多，发热量大，长时间运行易出现线圈烧毁和接点粘滞，导致调速器拒动。电液转换器存在卡阻现象，为防止机组甩负荷出现过速，又对开限机构作了改进，增加另一回路，在机组甩负荷发电机开关跳闸时，由断路器辅助接点控制开限电机将开限机构关至起动开度位置以防止机组过速。定期过滤压油槽操作油、清洗电液转换器前一二级滤网，以保证供给电液转换器油的清洁度。调速器运行情况虽有一定的好转，但溜负荷、并网难、调节时负荷波动较大等现象未有彻底改善。为彻底解决调速系统存在的问题和保证机组的安全运行，需更换新型的调速器。在认真研究之后，选用了国内应用较为广泛和成熟的PLC步进电机型调速器，型号为TDBWST—100(天津电传研究所制造)。TDBWST步进电机PLC调速器主要具有以下的功能及特点：1)采用日本三菱公司FX2N系列PLC，平均无故障时间达30万h。2)采用步进电机凸轮装置取代电液转换器，速动性好，无磨损，不发卡，免维护。3)采用自动数字协联，快速、准确。4)自动开机时，机组频率自动跟踪电网频率，机组启动并网快速、平稳、准确。电网盯故障时，自动切换至跟踪频率给定，保持机组正常运行。5)故障时，自动切换至故障屏，在线显示故障类型，并能记录各种故障的发生时间、复归时间及故障原因以供用户查阅。6)频率信号消失时，保持机组原运行工况，即导叶及桨叶接力器位置不变。调速器要害电机信号转换部件采用步进电机—凸轮传动装置取代电液转换器，这种不用油的电机转换元件解决了原电液转换器抗油污能力差、易卡阻之弊病(见图1)。如图，上部为步进电机、编码器和凸轮组成的传动机构；下部为引导阀；通过针塞的上下移动，控制主配压阀活塞的移动，使接力器开关。针塞的移动则由步进电机带动凸轮来实现。引导阀针塞在弹簧力的作用下，使针塞上叉头的轴承始终与凸轮接触。调速器自动运行，当有开向信号时，步进电机带动凸轮顺时针转动，引导阀针塞在弹簧力的作用下随凸轮半径的减少而向上移动，将活塞的控制腔与排油腔连通，活塞在恒压腔压力的作用下向上移动，主配压阀内的压力油进入接力器开机腔，使导叶接力器向开机方向移动。反之，当步进电机接受到关向信号时，步进电机带动凸轮逆时针转动，引导阀针塞在步进电机的作用下随凸轮半径的增加而向下移动，通过引导阀使压力油腔进入活塞的控制腔，在差压力的作用下，活塞向下移动，使主配压阀内的压力油进入接力器关闭腔，使接力器向关机方向移动。同时，位电转换传感器(旋转变压器)实时将模拟量经A/D转换送到PLC调节器中与计算的PID输出值进行比较，当接力器移动到给定位置，即PLC调节器输出值与位电反馈值相加为零，步进电机和引导阀针塞回到中间位置(图示位置)，导叶接力器停止移动。桨叶部分步进电机—凸轮传动装置的工作原理与导叶相同。在改造调速器时，考虑原主配压阀的加工工艺、材料和多年来运行的机械磨损，在机械液压系统方面只保留了原来主配压阀阀体，更换了活塞、衬套、传动反馈机构、两段关闭等，节省部分投资和工期。在调速器正式投运前，按国家标准进行了调整及静、动态特性试验：开停机回路、并网解列、增减负荷、事故停机、手自动切换、系统稳定、静特性及转速死区、协联曲线测定、空载扰动、机组频率摆动、甩负荷等一系列试验。在做甩负荷试验时，分别带上25％、50％、75％、100％额定负荷，依次将其甩掉，由试验仪记录动态过渡过程。甩25％额定负荷后，导叶接力器不动时间满足Tq为0.18s；甩100％额定负荷后，从接力器第1次向开启方向移动起，到机组转速摆动值不超过±0.5％额定转速为止所经历的时间为30s。各项指标达到国家标准“水轮机调速器与油压装置技术条件GB9652.1-1997”。另外新调速器能自动识别电网性质，并自动适应电站的各种非凡运行方式，保证单机孤网和自带厂用电运行时的稳定。改造后的调速器投入正常运行2a以来，运行情况良好，不但解决了原来旧调速系统一系列的问题，满足了机组安全运行的要求，而且更适应电厂自动化的需要，为电厂实现“少人值班”创造了前提条件。4改造总结调速器改造总体来说比较成功，也有一些方面值得商讨和改进。调速器的电机信号转换装置为步进电机—凸轮传动装置，其中要害是步进电机，但步进电机也存在一些缺点：低速时易出现低频共振；输出力矩随转速升高而下降；不具有过载能力。交流伺服电机在控制方式和直流电机相似均为脉冲串和方向信号，但性能上有很大区别；交流伺服电机在控制精度、低频特性、矩频特性、过载能力、运行性能及速度响应上均优于步进电机，又不存在直流伺服电机电刷和换向器摩擦产生火花的缺点，交流伺服电机正逐步在调速器上得到应用。将步进电机的机械旋转角度信号变换为位移信号一般有3种方式：1)凸轮渐开线方式；2)步进液压缸方式；3)滚珠丝杆方式。其中凸轮渐开线方式和步进液压缸方式构成的电机信号转换环节，均无良好的“复中”特性，必须设置中间反馈环节，系统构成较复杂。以滚珠丝杆方式构成的步进式电液转换机构，具有自动“复中”能力，在电气信号消失时，能可靠使液压系统自动回复到中间位置。都平电厂调速器电机信号转换方式为凸轮渐开线方式，在工作电源消失后其输出将保持在原来的位置，只要是不回到中位，都将导致调速器接力器全开或全关的事故，这也是水电站自动控制系统中的一个不可忽视的隐患。都平电厂在考虑调速器的工作电源时就采用了2套高性能的开关电源互为热备用，每套开关电源均采用交直流两路输入，以确保电源的可靠性；而导叶桨叶位移反馈信号则采用反馈轴带动无触点旋转变压器，保证反馈信号的正常、精确。都平电厂新的调速器的两段关闭机构设置在调速器机柜内，在接力器关闭过程中，通过反馈钢丝绳和反馈轴带动扇形轮转动；当扇形轮上的凸轮转到拐点位置时，凸轮推动两段关闭引导阀针塞移动，压力油通过引导阀进入两段关闭节流阀使节流阀活塞向主配中心移动，减少关闭节流口面积使接力器移动速度减缓，实现两段关闭。事故配压装在调速器和接力器之间的管道上，这就产生了另一个矛盾；若调速器故障或主配拒动，此时机组过速，事故配压阀动作，两段关闭装置将不起作用，导叶快速关闭，由此可能产生严重的反水锤，对机组造成较大的伤害，是机组的一个隐患，需进一步改进。目前国内大多数水轮机调速器，多以PLC为核心。PCC(可编程计算机控制器)在调节领域的应用代表一种全新控制理念，PCC既具有PLC的标准控制功能(可靠性高、易扩展)，又具有工业计算机的系统功能(运算能力强、适时性好、编程方便等特点)，能方便地处理开关量，模拟量，进行回路调节，并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。选用PCC作为调速器的控制核心也是水轮机调速器工控领域发展方向。5结束语水轮机调速器是水电站自动调节中最重要的一个环节，在调速器选型时应具体考虑实际情况来选用合适类型的调速器，实现机组安全稳定运行。随着计算机技术和现代液压技术的发展，水轮机调速器更新换代将进一步加快；微机运算速度快、容量增大，为扩展调速器的功能提供可能，液压行业、机械电子行业、自控领域的新技术在调速器中得到了进一步运用，调速器的性能将得到极大的提高，功能将越来越完善、运行将更加安全可靠。