滩坑水电站调速器控制系统升级改造

朱宇恒 邹阳洋

浙江浙能北海水力发电有限公司

摘要：调速器控制系统可根据功给增加、功给减少控制伺服电机的动作，实现调速器接力器的自动控制，本文主要介绍通过对调速器控制系统进行升级改造，提高调速器控制系统的可靠性和安全性。

关键字：调速器；控制系统；PLC；伺服电机；改造

1. 概述

滩坑水电站位于浙江省青田县，电站装机总容量604MW，包含3台单机200MW混流式水轮发电机组和一台4MW的卧式水轮机组。电站调速器为水轮发电机双冗余调速器，调速器控制系统主要由一台现地电气控制柜构成，主要功能为实现调速器接力器的手自动控制及导叶位移等数据的采集、监视、上送工作。调速器控制系统主要控制对象为伺服电机、紧急停机电磁阀等，采集信息量为导叶位移、有功功率等模拟量和接力器锁定投入、功给增加、功给减少等开关量。每套调速器控制柜由伺服电机、断路器、切换开关、按钮、指示灯、继电器、电源装置、PLC、触摸屏及附件等组成。

2. 系统配置

1. 1. 电气系统配置

电气系统配置主要包括电气控制柜、电源系统、PLC控制部分等硬件配置和实时画面显示、记录及监控软件、监控通讯软件、功率控制闭环调节软件等软件配置。以下为其中三个方面的配置要求。

（1）测频：调速器支持齿盘和PT双路测频，控制系统支持时钟同步系统对时。

（2）PLC：电气控制柜内设有2套PLC装置，用于调速器的控制。PLC装置应具有顺控、调节、过程输入/输出、数据处理和外部通信功能。所有设备能在强电场、强磁场和振动环境中连续稳定运行，能在环境温度-10℃～50℃，相对湿度10～95％（不结露）的环境中连续运行。采用全模块化结构，具有独立的CPU模块、电源模块、I/O模块。CPU模块具有先进的存储管理技术，用户存储区内部同时集成SRAM和Flash闪存，PLC支持在线修改程序，并能随时自动将最终运行程序备份到Flash闪存区，PLC无须配置电池，PLC断电后程序永不丢失。用户程序存储空间占用率不超过50%。PLC至少集成一个100Mbits以太网通讯网络端口，可与触摸屏或其他CPU模块进行TCP/IP网络通讯。PLC编程软件支持全中文编程界面，内置仿真器功能。编程软件符合IEC-61131标准的Windows下的编程工具，提供IEC规定的编程语言种类如：梯形图（LD），功能块图（FBD），顺序功能图（SFC），结构化文本（ST），指令列表（IL）等。PLC模块应具有自诊断功能，当诊断出故障点时应自动闭锁控制出口，并将故障信息上送主控制级。

（3）电气控制柜：气控制柜设有伺服电机A、伺服电机B、“机手动/电手动/自动”控制切换开关。“机手动”位置时，可由操作伺服电机下手动手轮增加、减少导叶开度；“电手动”位置时，则根据导叶开度增减旋钮增加、减少导叶开度；“自动”位置时，则根据监控系统输入信号控制导叶开度。台控制柜设有必要的指示灯，主要有：控制电源指示、锁定投入、锁定拔出、紧急停机、调速器故障等。控制柜设有一个触摸屏，便于连接调试及日常维护，并可通过Ethernet网络端口与PLC进行数据交换，触摸屏具备对时功能。面控制柜内应设有集成一体化电源，用于向PLC及其附属设备供电。

1. 2. 机械系统配置

机械系统主要部件包括无油电液转换器、主配压阀、紧急停机电磁阀、位移传感器、分段关闭装置、事故配压阀装置组成。

速器采用伺服电机和液珠螺旋自动复中装置控制主配压阀的位移，实现导叶接力器的开关操作。主配压阀用于直接控制和操作导叶接力器，它由阀体、活塞、辅助接力器活塞、主配压阀活塞、引导阀、及开、关时间调整螺栓组成，主配压阀由引导阀和辅助接力器构成一级液压放大，主配阀和主接力器构成二级液压放大。位移传感器采用英国KTC拉杆式位移传感器。分段关闭装置由分段阀、单向阀、和凸轮等组成。

3. 性能功能指标

3.1性能指标

调速器可以在开度模式和功率模式之间进行切换，切换应无扰动，一次调频功能能实现功率闭环。

控制参数修改：可在此功能块以下控制参数进行修改（A、B套应能分开设置。导叶参数（包括导叶反馈、电机反馈、频率滑差等。功率参数（包括功率变送器量程、功率调节死区、功率Ki/Kp、功给变化量等。空载参数、大网参数（包括包括永态转差系统Bp、PID参数、频率死区等。、小网参数包括包括永态转差系统Bp、比例Kp积分Ki微分Kd、频率死区等。一次调频参数（包括调差系数、频率死区和PID参数。PID优化参数。水头参数。

3.2功能指标

调速器控制柜触摸屏满足运行参数监视、故障历史查询、控制参数修改等功能

调速器控制系统能实现调速器接力器的自动控制，可根据功给增加、功给减少控制伺服电机的动作，同时具备机手动、电手动、自动控制，一次调频，状态显示，频率、开度、功率调节，调速器实验等功能。

调速器液压回路中增加一套失电关闭装置，当机组交直流控制电源均消失时，能及时投入，快速关闭导叶，装置可以手动控制投或不投，且有明显指示，并可将信号送至监控系统。

调速器控制系统自动控制具备AB双套控制功能，当A套出现故障时，应自动切换至B套进行控制，并显示调速器A套故障报警，反之亦然；伺服电机应具备主备切换功能，当伺服电机A故障时，应自动切换至伺服电机B进行控制，并显示伺服电机A故障报警，反之亦然。

3.3通讯指标

速器控制系统具有与电站计算机监控系统的接口：A、B套紧急停机电磁阀动作反馈，及现地控制设备主要的故障信号等以硬接线形式与电站计算机监控系统进行信息交换，现地控制柜还应具备与电站计算机监控系统进行数据通信的能力，上送调速器控制系统的运行状况、故障信息等，应支持Modbus 、TCP/IP等通信协议。

速器控制系统具有Modbus 485网口或者串口，具备与PMU装置和网源协调在线监测装置进行数据通信的能力，PMU采集范围为：一次调频投入/退出信号、一次要调频动作/复归退出信号、监控系统到调速器的输出指令、调速器指令、导叶开度。

4. 性能验收试验

1. 1. 现场控制柜通电试验。

   2. PLC系统 I/O测点核对。

   3. 测频/测速环节检查试验。

   4. 接力器关闭与开启时间调整试验。

   5. 接力器反应时间测定。

   6. 永态转差系数及调差率校验。

   7. 比例增益Kp、积分增益Ki、微分增益Kd的校验。

   8. 调速系统静态特性试验及转速死区测定。

   9. 操作回路检查及模拟动作试验。

   10. 故障模拟和控制模式切换实验。

   11. 空载实验。

   12. 负荷调整试验。

   13. 甩负荷试验。

   14. 接力器不动时间测定。

   15. 配合进行一次调频试验。

   16. 配合进行一次调频在线测试试验。

   17. 配合进行调速器建模试验。

5. 改造后效果评价

此次改造不含接力器和油压装置更换，但需对机械液压系统进行维护，主配等相关液压部件进行解体维护。调速器控制系统升级改造后，各项性能试验顺利完成，机组运行稳定。

参考文献：

[1] 蒲瑜； 大型水轮机调速器故障与处理[J];水电站机电技术；2007年3期

[2] 盛朝辉； 一起调速器系统溜负荷事件的原因分析[J];广西水利水电；2020年3期