【关键调】濉水电厂 双微机调速器 结构 功能角度 变送器 电气保护
1电厂调速器概述
二滩水电厂位于雅砻江下游四川省攀枝花市境内．二滩水电厂装有6台单机容量550MW的机组，总装机容量3300MW，多年平均发电量170亿kw•h，是我国20世纪末建成投产的最大水电厂，第一台机组于t998年8月18投入运行，I999年l2月4日电厂全面竣工投产。二滩水电厂六台机组调速器电柜和机柜均由瑞士HYDROVEVEY公司制造，金属构件部分（如集油槽、接力器等）山加拿大GE公司制造；双微机调速器的软硬件是瑞士HYDROVEVEY公司的产品，经该公司系统设置、软件开发后，成为欧式标准产品。调速器电气控制柜安装在发电机层单元控制室中，机械控制柜、压油装置布置在水轮机层。
2微机调速器的系统结构与组成
二滩水电厂微机调速器电气控制柜由控制盘和操作盘组成；在控制盘内上部设有1号和2号调速头，在下部设有带保护的AI端子排、蠕动监测继电器、网频信号过滤器、模拟信号电磁隔离器、1～2号调速头故障切换继电器、有功功率变进器，在控制盘面板上装有紧急停机按钮；在操作盘内上部装有各功能继电器、在下部装有220VDC：电源切换块、交直流电源小开关、辅助端子排、220VDC/240VDC；电压变换器，在操作盘面板上部装有机组转速、导叶位置、有功、永态转差系数、频给、开限、功给、人工死区、网频指示表，在中部装有触摸屏及频给、功给、开限、控制地点、导叶控制方式、开度一功率反馈选择、1～2号调速头选择、切换方式选择开关；在机柜面板上装有机组转速、开度、开限指示表和各状态指示灯及开限增减开关、紧急停机按钮。
2、1系统结构
双微机系统调节器：双微机、双总线、双输入懦出通道；实际上是两套微机调节器，内容完全相同而结构完全独立但互为备用的冗余系统。
2.2系统组成
2.2.1水轮机调速器电柜配置
（1）电柜柜体（2200mm×1600mm×800mm）两柜合一
（2）双直流电源切换块l块
（3）输入隔离部件l套
（4）继电器组件l套
（5）GESBUSG96总线印刷电路插件板共20块
其中
1）截处理机插件板GESSBS-6A
该板具有时钟频率16MH的68000微处理机。
2）存储器插件板GESMEM-12D
该插件为通用存储器插件，其设计是在具有l6位非同步馓处理机的G96总线上工作的。
3）程序控制计时器插件板TIM-536
该插件包括多达三只程序控制计时器，每只计时器有三个l6位计数器。可以频率发生、测量及时间问隔的测定。
4）D/A变换器插件板GESDAC-2B
该插件提供8个独立的D/A变换器通道。
5）开关量接口插件板GESP-2A
该插件包括两条MC6821I/（3回路，它允许微处理器通过40条TTL兼容性数字通道与外部相联系。
6）继电器接口插件板GESOUT-3
该插件能将微处理器传送的数字指令发送给继电器。
7）其经功能插件板共18块
2．2．2软件配置
（1）实时运行软件程序
实时运行软件使MIPREG-600水轮机调速器具有了全部调节与控制功能。同时在IPREG-600装置实际运行过程中，其触摸屏上能反映大量运行状态、工况、参量及故障等信息，便于运行人员及时了解调速器的运行情况。在中央控制室上位计算机控制方式运行时，MIPREG-600装置与上位机进行信息交换，按以k位机发出的指令进行调节与控制，以便更经济地运行。
（2）调试软件
调试软件由智能化调试软件和维护诊断软件两部分组成。
•智能化调试软件
使装置处在调试工作状态下，帮助调试人员简便顺利地完成装置安装调试及调速系统全部试验工作。调试软件太大简化了调速系统试验的过程，调试人员可方便地设定并修改各种参数和函数，所有的试验过程都将在PC屏幕和触摸屏上显示，静态试验和动态试验的结果都可以在打印机上以数据和曲线的形式自动打印、记录。这样就可减少调试人员的工作量，减少劳动强度，提高工作效率，缩短试验时间。在调试时如无特殊测试要求，无须外接通常调速器试验所需的测试仪器。
•维护诊断软件
该软件可帮助检修人员迅速准确地了解装置软硬件的工作情况，确定故障点所在印刷板，迅速排除装置的故障。
3微机调速器的控制功能
二滩水电厂微机调速器具有多种控制功能及运行方式。主要采用了开度控制、功率控制、开度限制控制、频率跟踪控制、频率控制等，各控制方式均设置了单独的控制软件，能够独立地完成对机组的调节控制，且彼此既相互对立。又相互联系，其内部控制遵循“最小参数选择”原则自动转换（即信号最小者拥有最高级优先控制权）。由于各控制方式之间实现了信号有效跟踪，所以各方式切换能够平衡无扰动地完成。
3．1开度控制
开度控制主要用于机组启动、停止和并阿后带固定负荷的控制。它包括：启动开度ICYD0控制、启动开度IICYD控制、启动开度ⅢCYD2控制、开度控制和频率跟踪控制等。
机组在具备开机条件后，调速器开机电磁阀动作，机组开始起动，调速器首先作用于“启动开度I控制CYDO”，打开导叶至空载开度位置的0.3倍，当机组转速上升到某设定值时（5Hz），自动转换至“启动开度IICYD控制”，再打开导叶至空载开度位置的0.75倍，当机组转速上升到某设定值时（20Hz），自动转换至“启动开度ⅢCYD2控制”，再打开导叶至空载开度位置的I.25倍，当机组转速接近额定转速时，导叶自动回关至空载开度（此空载开度由调速器根据水头与空载开度曲线中的实环水头自动设置），此，整个开机过程结束与国内大开度打开后再回关的开机方式相比，它的优点在于：在开机过程中不同转速段下采用不同开度．从而使机组快速、准确、平稳、无超调地达到额定转速。
机组并网以后，调速器可在歼度或功率反馈方式下，可以通过现地或远方诵整负荷，也可以通过AGc的方式，根据预定的负荷曲线自动进行稠整。
3．2转速控制
转速控制包括空载转速控制、并网转速控制和孤网转速控制三种方式。
3．2．1空载转速控制
只有在发电机出口断路器断开时有效，它主要作用于机组的启动、并维持机组的转速在额定转速运行。
3．2．2并网转速控制
只有在发电机并网时有效．以消除系统中的频率异常（因为二滩水电厂机组容量大，在系统中具有调频能力）。
3．2．3孤网转速控制
是为了承担地方孤立负荷和应时系统负荷大波动而设置的控制方式，它的运行条件是：出口断路器闭台与转速超过预定的转速偏差时（49.5～50.5），自动投入，参与系统的调频，并按照预定的机组调差率，消除转速偏差提高系统的稳定性。
3．3功率控制
该控制必须以发电机出口断路器闭合为前提，否则陵控制不起作用；机组输出功率经功率变送器与外部功率设定值相比较后的输出决定机组所带负荷，以维持系统频率的稳定。
3、4开度限制控制
它是作为所有控制方式信号的限值控制，当任——控制方式的信号达到限制值时，开度限制控制将自动投人，防止调节的错误和失误。该软件中，“开度限制点”单独设置有两个：启动开度限制和开度限制。其内部控制遵循“最小参数选择”原则自动转换；开度限制可以在机柜上调整也可以在，电柜、触摸屏、中控室调整．导叶开度限制器范围-5～110%。
3．5频率跟踪控制
频率跟踪控制实际就是转速控制，在机组启动转速达到25％Ne时，投人该方式，机组频率将自动、稳定地跟踪系统频率，以实现快速并网。设计上，当机组频率跟踪到49.5～51.5Hz时（该范围可调整），同期装置自动投人，机组立即并网，并网后频率跟踪自动退出。
4微机调速器的外围设备
4．1转速检测单元
由HYDROVEVEY公司开发的转速测量系统采用两套齿盘测速的方式，每一套由两个固定的磁性传感器组成，两套对称的布置在机组l大轴的周围，l2个磁钢均匀地固定在机组大轴上。两个传感器之间的距离是通过计算得到的，两传感器之间的磁通路的时间符合机组的旋转周期。磁铁的数目决定了机组大轴每个旋转周期的测量次数。当机组转动时．磁钢随大轴一起转动，与静止的传感器感应面不断地靠近、分开，传感器中由磁钢产生的脉冲经过处理后能触发一个由石英钟控制的计数器，脉冲的次数记录在计数器中，从而得到机组的旋转周期．经过计算其倒数便获得一个与机组转速相关的线性函数。两套并存的测量装置对称安装在180。的方向上，其中一套用于补偿由于机组大轴在轴承间隙中的位移而引起的误差，而另一套提供给了一个监视装置。通过比较从两回路中获取的数值来校正传感器的工作。转速检测单元的输出引入微机调速器，作为机组调节控制信号和通过继电器组输出转速信号供电气过速及机组操作控制用。
4．2电气反馈单元
调速器的反馈是调速系统稳定的充要条件，由HYDROVEVEY公司开发的角度变送器可将角度位置0～60。转换为0～5mA的电气信号，对应于导叶位置为全关～全开；这套电气反馈单元主要作为微机调速器电气闭环控制。
二滩水电厂的机组装设两套角度变送器71C1和71C2，导叶接力器通过一套杠杆系统机械地驱动导叶角度变送器的动作，变送器以输出电流的方式按位移的比例给调速器提供一个信号，该信号分别送到1号和2号调速头；当任一角度变送器故障时，调速器便平衡无扰动地切换至正常运行的调速头，此时调速器主故障灯点和触摸屏主故障类型显示，同时主故障信号进到中控室。HYDROVEVEY公司的角度变送器是用一有差动旋转变压器来检测的，变压器的转于在定子中感应出电压，这些电压经正向或负向整流，然后相加，低通滤波器滤去杂波，角度变送器即输出一平滑的直流电流。HYDROVEVEY公司的角度变送器的特点是：坚固、耐用、抗振动及适应温差的变化。
4．3蠕动检测单元
由于二滩水电厂机组运行水头高，水头范围为135m～189m；由于机组长期运行，即使机组在停机状态下导叶处于全关状态，由导叶间隙间的漏水就有可能使机组重新转动，这样有可能发生烧毁推力瓦的事故和其它故障，所以必须设置蠕动检测单元；蠕动检测器检测到机组的转动后。其后果是立即投风闸、围带放气、启动高压油泵。蠕动检测器包括一个脉冲发生器和一个静态控制器。脉冲发生器包括一个固定在水轮机大轴上的钻有120个孔的金属环，在孔每经过检测器——一次，脉冲就产生一次；静态控制器接受到脉冲，并把这个输入频率同参考频率相比较，从而探测到机组的蠕动。
4．4电液伺服阀90C
由HYDROVEVEY公司开发的双喷嘴挡板式电液伺服阀具有结构紧凑、灵敏度高、线性度好的优点；该机组液压放大部分为三级液压放大。即：电液伺服阔（第一级液压放大）一第二级伺服阀（第二级液压放大）一主配压阀（第三级液压放大），经液压放大后压力油（6．0Me）控制机组主接力器，从而控制导叶的运动。
4．4．1电液伺服阀的结构
固定部分：固定在伺服阀阀座上的永久磁钢及两个节流孔、两个喷嘴等。
活动部分：与挡板钢性连接的线圈、压在第二级伺服阀连杆上的探针、压缩弹簧等。
4．4．2电液伺服阀的动作原理
调速器的功放输出电流通过两根柔性的金属带从与挡板钢性连接的线圈中流过而与固定的永久碰钢相作用从而产生电磁感应力，这个电磁感应力的大小和方向与电流的大小和方向成线性关系。
在稳定工况下电液伺服闽线圈中无电流流过，这时挡板位于两个喷嘴之间的正中位置，主配压阀不动作，主接力器也不动作。
当调速器功放输出关机电流，该电流通过线圈，由于线圈和挡板钢性连接，所以挡板产生～个垂直向上的力，并使挡板有向上运行的趋势，由于挡板的向上移动，因此通过下喷嘴的油流增加，而通过一巳喷嘴的油流减少，第二级伺服阀的上腔油量增多并且下腔油量减少，第二级伺服阀活塞因此向下运动，主配压阎向下，导叶向关方向动作；结果是弹簧产生的作用在挡板的向上的力减少了；由于导叶的反馈作用，调速器逐渐停止调节。电液伺服阀线圈中电流逐渐减少，第二级伺服阀停止移动。挡板在弹簧的作用下返回它的最初位置，即位于两喷嘴的正中位置。
开导叶过程与上述相反。
为防止第一缓和第二级伺服阀、主配发卡及减少摩擦力的影响，在电液伺服阀线圈中叠加了25Hz、0.13V左右的交流电压，使挡板在0.0l～0.02mm之间振动，这样第二级饲服阀、主配压阀活塞都在其中间位置不停的振动。
4．5压油罐油压控制单元
压油罐是调速器液压操作系统的储能部件，必须经常保证有足够的油位和压力；二滩水电厂压油罐油压控制单元其控制系统由常规继电器组件构成。其特点是：不设公共控制回路，而是采用一对一的控制方式；即一个控制单元只控制一台油泵电机；当某一个油压控制单元故障需停电检修时，只需断开故障单元电源对其控制回路进行检修，而不影响其它控制单元的正常运行。压油罐油压控制单元的油位和油压来自于雎油罐内部的密封液位浮子经齿轮传动后动作限位开关及经钢管与罐体连接的压力开关。
5微机调速器的电气保护
微机诵速器设置有一套完整的实时程序诊断和自诊断系统，对于调速器内、外部故障如：软件系统故障、CPU故障、导叶角度变送器故障、内部电源故障、测速传感器故障等都能作适时反应，并且根据大小故障的性质，依次怍出如下处理：
5．1 1、2号调速头不发生切换，只发信号报警：串行口接受错误、串行口发送错误、EEPROM写错误等；
5．2 1、2号调速头发生切换，并发信号报警：EPR～M校验错误、内部电豫故障、导叶角度变送器故障等：
5．3 事故停机：调速器双直流电源消失、双调速器头故障等；
5．4 事故停机并落进水口闸门：机柜紧急停机按钮动作、机械过速（140%Ne）装置动作、140%Ne过速（电调转速测量）、压油罐极低油位和极低油压等完善的保护系统有效地保证了调速系统的安全稳定运行。
6调速系统操作
调速系统在不同的情况下，有不同的操作要求。
6．1调速系统在试验方式下的操作
调速系统在试验状态下．可以通过操作电气开限的把手，打开或关闭导叶，便于对导叶位置传感器的线性度及主令接点的调整。同时将调速器头置为试验方式时，还可以将开出继电器直接开出，用以检测信号的接线。
6．2调速系统在手动方式下的操作
调速系统在手动方式下，主要用于在有水的情况下的手动开机。可以通过增减电气开限，将导叶关闭和打开，与试验方式不同的是，导叶的打开到使机组转速为频率给定值时，导叶就不会再打开。
6．3调速系统在自动方式下的操作
调速系统在自动方式下，主要用于现地自动开机，投人频率跟踪，使机组更快地并人电网。
6．4触摸屏的操作
触摸屏的存在，太大方便了维护人员对机组运行状况的了解和对调速运行参数的操作。在触摸屏上可以很轻松的对模拟量通道的调整和故障状态的了饵。
6．5压油装置系统的操作
压油装置系统由3台主泵和l台辅助泵、1个集油槽、1压油罐和油位开关及压力开关等组成。在正常运行时，在油位变化不大时由辅助泵肩停；在油位变化较大时，辅助油泵不能满足其油量的供给时，3台主泵的主导泵将启动；油位再下降时，3台主泵滞后泵将启动；油位再下降时，3台主泵备用泵将启动；直到极低油位接点动作停机。3台主象可以通过切换把手定时切换其启动顺序，保护电机。
7调速系统运行调速系统的正常运行有以下几种方式
7．1远方/手动/功率反馈/闭环投入方式
在这种方式下，计算机脏控系统的功率给定值与实际机组出力的差值，通过中间继电器以脉冲的方式送到调速器，只要功率给定值与实际机组出力的差值不为零，计算机监控系统就会有长短不一的脉冲送到调速系统中。调速系统获得脉冲以后，将之转换成对应的功率给定值，功率给定值同调速系统测量的出力相比较+调节机组的出力。
7．2远方/手动/功率反馈/闭环退出方式
在这种方式下，计算机监控系统的功率给定值转换成相应的脉冲长短送到调速器。调速系统获得脉冲以后，将之转换成对应的功率绐定值功率给定值同调速系统测量的出力相比较，调节机组的出力。
7．3远方/手动/开度反馈/闭环投入方式
在这种方式下，计算机监控系统的功率给定值与实际机组出力的差值，通过中间继电器以脉冲的方式送到调速器，只要功率给定值与实际机组出力的差值不为零，计算机监控系统就会有长短不一一的脉冲送到调速系统中。诵速系统获得脉冲以后，将之转换成对应的功率给定值，功率给定值转换成相应的开度给定值，开度给定值同调速系统测量的导叶开度相比较，调节机组的出力。
7．4远方/手动/开度反馈/闭环退出方式
在这种方式下，计算机监控系统的功率给定值转换成相应的脉冲长短送到调速器。调速系统获得脉冲以后，将之转换成对应的功率给定值，功率给定值转换成相应的开度给定值，开度给定值同调速系统测量的导叶开度相比较，调节机组的出力。
7．5远方/自动/功率反馈/闭环投入方式
在这种方式下，计算机监控系统的功率给定值转换成相对应的模拟量大小送到调速器。调速系统将模拟量转换成对应的功率给定值，功率给定值同调速系统测量的出力相比较，调节机组的出力。
