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1、数字阀PCC可编程智能调速器在高肯红旗电站的应用前言高肯红旗电站位于重庆市潼南县小渡镇琼江河右岸汇集乡，属涪江下游右岸一级支流。电站始建于1965年，装机容量为3500kw（水轮机HL123-WJ-84，、发电机SFW500-16/1180、额定转速375转/分 重庆水轮机厂出品），年发电量320万kwh。由大坝加压力钢管引水至机组发电，原设计利用水头为18.2m，采用混流式机组，调速器为YT-600型。电站从投产运行至今，大部分设备至今已运行30年。其中一、二次设备、发电机、水轮机部分都已先后分批进行过技术改造，但调速器一直没有列入改造计划。特别是完成了微机监控系统的改造后，由于调速器的陈旧
2、、老化，根本无法与先进的微机系统有效衔接，成为电站的技术改造的瓶颈，严重影响设备的安全运行，急需进行技术改造，以满足机组安全稳定运行要求，实现水电站“无人值班”（少人值守）。一 原调速器存在的主要问题：a.抗卡阻效果差。调速器对油质要求较高，常卡阻，不能保证长期自动运行。b.运行操作不方便。由于机械磨损主配压阀渗漏造成接力器漂移，且手动运行时无反馈，运行人员总要不断的调整，劳动强度较大。 c.调速器柜体小，机械部件多，检修维护不方便。调整环节太多，每次检修后，仅调整1-2天时间。二 改造方案针对红旗电站的具体情况，拟定如下改造方案：方案一. 用ZFST100型数字阀PCC可编程智能调速器整机替
3、换原调速器。采用机电合柜形式。方案二. 改造的方案为在原调速器基础上保留油压装置和主接力器部分，主配压阀及以上机械部分进行更换。以数字阀和PCC可编程计算机控制器系统替换原产品主配压阀及以上部分，将原有的机械液压系统改造为数字阀智能电液随动系统。整体系统采用最先进的数字阀智能调速器，采用数字阀替代传统的主配压阀。数字阀集成块直接与接力器相连，无明油管路，大幅度减少漏损和油压延程损失，提高油压利用率。消除由于杆系造成的调速器死区，提高调节品质，使机柜内部布置简洁明快，增大检修空间。取消机械反馈，采用电气反馈。反映导叶接力器位置的位移式传感器选用线绕精密直线电位器作为调速器开度反馈传感器，克服传统
4、电位器使用寿命短、精度低、温漂大的缺陷。为了适应机组安全稳定运行要求，实现水电站“无人值班”（少人值守），电站经过调查研究，选用天津市科音自控设备有限公司研制的新一代调速器：YZFT-600智能型调速器，对原调速器进行了更换改造。（1） YZFT-600智能型调速器优势：调速器机械液压部分的主要功能是将电子调节器的输出信号成比例地转换成接力器的位移，以控制导水机构。它是调速器的执行机构，要精确的控制它，就必须采用闭环控制。该型调速器是具有自主知识产权的数字阀机械液压随动系统。数字阀高度集成化、组合化；结构紧凑，标准化、通用化、系列化程度高，可实现无泄漏控制。数字阀具有高油压、大流量、低液阻、系
5、统效率高等传统调速器滑阀系统无法比拟的优点。由于数字阀技术是采用高速电磁阀为先导阀，以插装阀为主阀，只有通/断两个状态，而且数字阀采用锥阀密封形式，可以保证在31.5MPa下无泄漏。所以，数字阀具有液压锁的功能。因此数字阀智能调速器无机械反馈，在测频信号消失及断电等情况下，具有故障锁锭的功能。数字阀具有快速开启与关闭特性，并可灵活地对开、关特性进行控制，故而数字阀智能调速器的静态和动态品质极为优良。基于此点，该型调速器取消了机械反馈，开度反馈信号取自主接力器，在主接力器至控制器形成了闭环。主接力器很好地参与到调节环节中，整个系统形成了一个闭环伺服系统。由于取消了机械反馈，便消除了由于杠杆系统造
6、成的调速器的死区，频响快，提高了调速器的灵敏度和速动性。(2) 调速器与机组推拉杆行程不匹配问题:在改造后的调试过程中出现了问题：在机组正常运行时，导叶不能开到全开位置，调速器上显示器显示为80%，测量实际行程只有63%。机组不能达到额定出力500KW，只能发360-450KW，完全由电站水源的好坏决定机组带负荷的情况。 红旗电站水头18.8m，按照调速功计算公式：W=4XP/H=4x500/18.8=461kg.m。红旗电站所用的调速器调速功为600kg.m，不存在调速功小的问题。在检查时，本人发现调速器的接力器设计行程为170mm，而使用调速器手操机构操作，接力器也只能开110mm，即使两
7、个人操作大手轮也不能将接力器行程加大。两个人操作的调速功远远大于1000kg.m。后来，我们将推拉杆与调速器脱开，发现接力器行程能达到170mm，而且还很轻松。于是决定再深入检查导叶是否能满足全行程，将水轮机尾水管拆除，操作调速器，在调速器的接力器开到110mm时，导叶就已经开到全开。也就是说，在本电站只用了调速器的64.7%额定调速功。因为调速器的调速功是接力器推力接力器行程，只有把调速器的行程用满才能将调速功用满。按照GB9652-2007调速器国标要求水轮机导水机构的全开对应调速器的行程不得小于满行程的80%。小型调速器设计输出为45 转角，而推拉杆的行程是由拐臂轴心半径画弧所形成的弧长
8、，弧长等于半径弧度。因此，我们只要按照比例重新计算，将调速轴与推拉杆连接的拐臂半径缩小，就可提高调速功的利用率，满足水头较低时，开大导叶开度，将机组出力充分发挥出来。我们将此意见与主机及调速器厂家商议，得到他们的认可，由重庆水轮机厂售后服务部重新加工连接拐臂后换上，通过反复的机组全开、全关运动，从开、关两个方向，测绘导叶接力器行程与导叶开度的关系曲线。每点测量4-8片导叶开度，取其平均值，偏差没有超过设计值的2%，说明重新加工的连接拐臂到达了机组设计要求，同时也完全满足了机组的运行要求。三 现场试验结果在解决了调速器与机组推拉杆行程不匹配问题后，现场又进行了调速器的静态，动态试验，第一台调速器
9、现场试验结果如下：（1）静态特性试验表1 静态特性试验记录表Fj（Hz）50.049.749.449.148.848.548.247.947.647.347.0Y(mm)016.833.850.667.484.2101117.8135.6153.4170Y(mm)00.210.70.90.510.30.90.4转速死区 ： 0.015 %，优于国家标准转速死区不超过0.04%的要求。(2) 空载扰动试验调速器自动运行，选择多组PID调节参数，选取频率摆动值和超调量较小，稳定快、调节次数少的一组调节参数，作为空载运行参数,即:bt=45，Td=20，Tn=0.5 上扰：48.00 Hz 至 52
10、.00 Hz；下扰：52.00 Hz 至 48.00 Hz。表2 空载扰动试验记录表PID调节参数 上扰/下扰最高(低)值（Hz）调节次数（次） 调节时间（s）bt=45Td=20 Tn=0.5上扰52.0318下扰47.4617(3) 空载频率摆动值a. 手动空载摆动值将调速器切至手动位置，操作电磁阀使机组处于额定转速下运行，稳定一段时间后观察机组频率摆动值，每次三分钟，共三次，取平均摆动值。表3 手动空载摆动试验记录表最大值最小值Fj（Hz）50114996Fj（Hz）50144997Fj（Hz）50024985手动空载摆动值：0.17%，优于国家标准手动空载摆动值不超过0.2%的要求。b
11、. 自动空载频率摆动值将调速器切至自动位置，PID调节参数为上步试验优选出的空载运行参数，机组开至额定转速。机组运行稳定后观察机组频率摆动值，每次三分钟，共三次，取平均摆动值。表4 自动空载摆动试验记录表最大值最小值Fj（Hz）50.0349.98Fj（Hz）50.0249.96Fj（Hz）50.0449.99自动空载频率摆动值：0.06% ，优于国家标准自动空载摆动值不超过0.15%的要求。(4)甩25%额定负荷试验自动工况运行，机组带50%额定负荷即250 kW，接力器不动时间为0.18 s，优于国家标准接力器不动时间不超过0.2 s的要求。(5)甩100%额定负荷试验自动工况运行，机组带
12、100%额定负荷即500 kW， 转速最大上升为487.5转，超过3%额定转速的波峰次数为1次，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速摆动值不超过0.5%为止所经历的时间为27 s。优于国家标准的相应要求。四 结束语改造后的调速器达到天津市科音自控设备有限公司产品说明书所列的主要技术性能及参数指标、主要特点、主要功能等。全部技术指标全部达到部分优于国标要求。改造后的调速器能适应电站的各种特殊运行方式。如孤网运行；由大网解列为小网运行的突变负荷等情况，均能保证机组稳定运行。改造后的调速器是节能型产品，由于数字阀技术的应用，使得调速器漏油量极低，降低了油泵的启停频率，在机组带固定负荷时，油泵启动时间间隔大于8小时，大大降低了电机的能耗，为电站节省了厂用电。改造后的调速器实现与上位机的通讯，整体提升机组自动化水平。达到了机组安全稳定运行要求，实现水电站“无人值班”（少人值守）。参考文献天津市科音自控设备有限公司YZFT-600智能型调速器使用说明书5