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水轮机调速器新型数字式电液随动系统的应用

北极星电力网技术频道    作者:韩建军,陶富利   2012/4/23 14:49:43   

1调速器改造前的状况

西沟水电厂装有1台混流机组,总装机容量36MW,在省北部网中起调频、调峰作用。

调速器是水电厂保证机组稳定运行的重要控制设备,直接关系到机组安全、稳定运行。西沟水电厂两台机组所用的调速器原为集成电路电液调速器,其电液随动系统是传统的电液转换器)主配压阀的经典结构,在近10年的运行过程中,曾不同程度地出现过一些问题,影响了机组稳定运行。

1.1存在的主要问题

(1)运行稳定性差。运行中经常出现溜负荷;运行时调速器经常发生抽动。

(2)动态调节品质差。在机组负荷波动时调速器反应速度慢,调节时间长,特别是在机组甩负荷时转速超调量过大。

(3)空载时稳定性差,特别是在机组并网时,无法满足并网条件,并网时间过长。有时需手动调整才能并网。

(4)手/ 自动切换不方便、迅速。因调速器采用开度限制机构,在手, 自动切换时要靠熟练的操作人员精心调整,不快捷,也难保证切换时没有冲击。

(5)电液转换器故障率高,易发卡,要求高精度滤油器,滤油器清扫工作量大;电液转换器运行一段时间后,平衡会发生偏移,需经常调整。

2设备更新后的效果

于全方位开展,水利产品认证制度要加快建立,社会中介服务机构和人才队伍建设亟待加强等等。特别是以实现水资源可持续利用来支持保障经济社会可持续发展和全面建设小康社会的治水新思路,使水利技术监督工作面临着更严峻的挑战;实现水利现代化和水资源的可持续利用,需要水利技术监督工作提供基础保证;水利工程建设、产品和服务需要水利技术监督工作提供质量和安全的高效支撑;水利企事业单位改革需要水利技术监督提供有效保障手段。

为使水利技术监督工作满足新时期水利事业发展的需要,水利部对水利技术监督工作高度重视,决定实施水利标准化“三五工程”计划,即在五年时间内,由政府投入五千万元,完成-**项标准项目。此次全国水利技术监督工作会议对今后5年的水利技术监督工作提出了新的更高的目标;

水利标准化工作方面,依据《水利技术标准体系表》,完成600余项水利技术标准和4项国际标准的编制工作,使水利工作领域内的标准覆盖率达到/*;;推动组建-家以上水利标准化工作机构;标准的宣传贯彻和监督检查活动要覆盖所有重要水利技术标准,参加该项活动的技术人员数量超过3万人次。

水利认证认可工作方面,形成一支80人左右国家级计量认证评审员队伍,通过国家级计量认证的实验室达到100余家;建立水利产品认证制度,推动成立5家左右产品和体系认证机构;健全水利产品生产许可证制度;鼓励水利企事业单位积极参与管理体系认证工作。水利计量和质量监督工作方面,完成50多个标准物质的研制任务;建立-项左右行业内最高计量标准;形成一支约200人的水利计量检定员队伍;健全水利工程建设和产品质量监督抽查制度,增强水利行业质检机构的综合实力。为实现上述目标,水利部将全面推进四方面工作:一是不断加强水利标准化工作,二是全面开展水利认证认可工作,三是稳步开拓水利计量工作,四是整体提高水利质量监督工作水平。近期将扎实地做好以下工作:加快制定各专业领域技术标准编制规划,力争每年完成100项左右标准的编制任务,完成新一轮《强制性条文》的修订和宣传贯彻工作,切实加强标准的规范化管理,进一步加强计量认证工作,大力推进节水产品认证工作,深入开展节水灌溉产品国家监督抽查活动,不断加强调查研究等前期工作,完善服务体系,广泛开展宣传贯彻、咨询工作,做好国际合作与交流工作。

针对调速系统存在的以上缺陷,在技改中首先将电气控制系统改为工业微机调速器,其先进可靠的硬软件结构,强大的调节控制功能和高度的可靠性使调速器的调节品质有了极大改善;电液系统改为全新结构的基于数字控制技术而开发的新型电液随动系统,它扬弃了传统结构模式的机械液压柜结构,兼顾了机柜动作的可靠性、微机的适用性及阀的简单化。就此新型电液随动系统作一概要介绍。

2.1系统构成及特点

新型数字式电液随动系统是基于现代液压数字控制技术而开发的新型电液随动系统。数字阀、插装阀都有成熟的标准产品可供选用。数字阀、插装阀具有极高的耐油污能力,并且具有标准化程度高、互换性好、结构简单、工作可靠、泄漏小、易于系统集成等特点。该类型电液随动系统从系统结构及原理方面入手,突破了近20世纪以来电气———机械& 液压转换元件’主配阀的经典形式。其基本工作原理为:由插装阀组件实现主级放大元件———主配压阀的功能,而作为先导级的液压控制元件,则由数字阀组实现。调节规律的综合及控制量的计算由电气调节柜实现,数字阀是实现先导控制的关键组件,其功能是接收电气调节柜分配的脉冲信号,使直动式阀芯产生通& 断动作,进而控制先导油口压力油的通/ 断,以控制主控阀液流产生相应通/断的动作。其主要优点:1可由数字信息直接控制;2动作反应快;3弹簧复位能力强、电磁铁驱动力大,动作稳定可靠;4对油质无特殊要求,抗污染能力强。

主控阀是实现主级控制的关键组件,其功能是接收来自数字阀的压力通& 断信号,使主阀芯产行通& 断动作,进而控制通向主接力器主供工作油路液流的通& 断,以控制主接力器的位移,从而控制机组的开、停和出力。采用插装阀作为主控阀具有以下主要特点:1标准化程度高、互换性好;2结构简单、制作方便、工作可靠;3泄漏小;4易于系统集成、适宜大流量工作。

事实上,系统整体的基本工作原理是由二进制编码的8列脉冲序列去驱动(个高速开关阀来实现的。各数字阀控制相应的主控阀,进而控制接力器的开侧与关侧动作,各主控阀的流量增益按设定的指数关系依次排列。

整个系统具有很高的集成度,无任何杆件、钢丝绳及管道,降低了对用户的使用、维护要求,其原理结构如图1:

3系统功能

(1)完成开机、停机、调相、甩负荷、功率增减、开度增减、频率增减、紧急停机、手& 自动切换、机械手动操作,以及各种工况转换任务;

(2)空载运行时能控制机组频率自动或手动跟踪电网频率,以提高并网速度;

(3)能独立接受同期装置的增& 减脉冲命令,以提高机组空载频率的跟踪速度与效率;

(4)当一个或数个通道失效时,仍能由正常通道来维持系统稳定运行,并可进行频率、负荷调节;

(5)即使出现滤油器堵塞失效,仍能维持机组长期稳定运行,并允许在不停机的情况下更换滤油器滤芯;

(6)实现自动& 手动& 电手动之间无条件、无扰动的平滑切换;

(7)在调速器电柜严重故障或失电时,仍能保证接力器当前位置,且不影响正常和事故停机。

4系统的静动态性能

4.1静态特性

通过试验,系统的静态特性曲线近似为直线,非线性度0.53%,远小于国际标准(国际标准规定<5%);转速死区0.015%,也小于国际标准规定值(中型电调0.1%,大型电调0.05%)。同时也明显小于改造前0.057%的数值。说明该新型电液随动系统具有优良的静态特性。

4.2 动态特性

调速系统动态特性主要由空载工况自动运行时的稳定性和甩负荷调速系统过滤过程品质来说明。

(1)通过自动空载运行3min试验表明,机组频率摆动相对值为0.093%,远小于国际标准规定值(中型电调<0.25%,大型电调<0.15%)。

(2)通过甩25%的额定负荷试验,接力器不动时间为0.16s,小于国标不大于0.2s的要求。

(3)机组带上负荷后,甩掉100%负荷,在转速变化过程中,最大转速上升值13.8%,;超过3%额定转速值以上的波峰数0.5个,少于国际规定的<2的要求;自接力器第一次向开机方向运动起到转速摆动不超过5%为止所经历的时间25.3s满足国标规定不超过40s的要求。

5结语

由数字阀和插装阀等标准液压件所组成的新型电液随动系统已在我厂投入实际运行,它突破了传统调速器中沿用了几十年的主配阀式的电液随动系统结构,实践表明,该系统具有良好的静态、动态品质;全面、强大的控制功能;灵活、方便的控制方式及高度的可靠性,与原调速器电液系统相比,无论静态特性还是动态特性都有明显提高,有效地克服了原电液系统存在的问题,完全可满足机组安全、稳定及多种方式的运行需要。

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