浅析珊溪电厂3号机调速器改造论文
论文摘要：随着水力发电厂微机调速器运行年限的增加，存在负荷变化反应迟缓，调节不灵敏，并网过程时间长等缺陷，不能满足安全生产要求，因此需要进行改造。本文详细介绍了调速器的原理和改造过程要点，以及调速器投运前的相关试验。
论文关键词：调速器,系统改造,试验
一、概况
珊溪水力发电厂位于浙江省文成县境内的飞云江上。电厂以发电为主，兼有灌溉、供水、防洪、航运、旅游等综合社会效益。电厂装有四台50MW的混流式发电机组，电厂年平均发电量3.55亿千瓦时，由220千伏系统接入华东电网。电厂原调速器为武汉事达电气有限公司生产的BWT-100型步进式可编程微机调速器，从2000年开始运行至今。经过多年运行，该型号调速器存在设备老化、缺陷增多、可靠性降低，不能满足一次调频功能要求等问题，因此珊溪电厂决定在2009年3号机组大修期间对调速器进行改造，最终选定的调速器为长江三峡能事达电气股份有限公司生产的'DFWT-100-4.0伺服电机微机调速器。
二、DFWT-100-4.0型调速器结构及原理简介
DFWT-100-4.0型调速器电气调节系统中以法国施奈德MODICONM340可编程控制器为核心接收不同的采集信号与电气反馈信号并进行数据计算处理和流程分析，送出的连续的模拟量控制信号通过伺服电机驱动器送到电液转换器进行控制。可编程控制器可以和调速器人机界面和LCU进行通讯和数据交换。机械部分以有自主知识产权的伺服电机式无油电液转换器为主体，机械液压系统主要由电机、无油电转、引导阀、紧急停机阀复归阀、主配压阀和导叶反馈传感器组成。其原理如框图1所示：
图1
控制器输出模拟量给伺服电机驱动器，驱动器控制输出为3相交流电压使交流伺服电机产生额定转矩为22kgf·cm的角位移，此角位移经伺服电机上的编码器反馈给驱动器，使伺服电机的角位移与驱动器的输入信号成比例，与此同时通过滚珠丝杆传动副转换为直线位移，经引导阀和主配压阀，产生足够的液压操作力，控制接力器来调节水轮机的导叶开度(轮叶开度)。主接力器的位移经电气反馈装置转换为电信号，它与PID调节器输出信号综合后送至驱动器。当电机顺时针(或手柄逆时针)转动时，直线位移转换器的输出杆上移，高于零位，引导阀针塞向上移动，驱动主配压阀活塞向上，接力器向关方向运动。当电机逆时针(或手柄顺时针)转动时，直线位移转换器的输出杆下移，低于零位，引导阀针塞向下移动，驱动主配压阀活塞向下，接力器向开方向运动。
三、改造过程要点
珊溪电厂3号机改造是在3号机大修期间进行的，时间为二个月。时间比较充裕，电厂技术人员在对新设备进行充分了解的基础上，进行了细致的准备工作后再施工，使这次改造顺利完成。改造过程中，笔者认为有以下几个要点：
1、原电气柜拆除前，应切除电气柜里的各种电源。验电后才能开展工作。有些特殊电缆如电网频率采集电缆，由于PT是接在单元母线上，就要和运行人员联系好，把单元母线停下来做好安全措施后再拆除。
2、对原电缆做到每根电缆都确定它的作用和去向并做好记号后再拆除。
3、对新增电缆，要确定对侧盘柜位置，电缆架的走向，做好危险点分析后再施工。
4、配线前，对电缆进行绝缘检查，确保合格。配线过程中，由于新电缆和旧电缆同时存在，要做到布线美观合理。
5、电气柜接线完毕，需上电检查，观察10分钟，无明显烧焦、异味、放电声等，再断开电源，恢复线路。
四、调速器投运前试验
1、远方信号校验试验
远方开机令、停机令、增减有功指令、紧急停机命令、急停复归命令等开入点，监控系统工控机显示正确，与设计功能点对应。
2、测频回路试验
做测频回路试验时，将接力器开启至>6%开度位置，调速器置手动，断路器分位置。使用信号发生器发出模拟机频信号，将信号发生器频率信号接入调速器试验端子,依次改变发频。测量发频值与收频值最大偏差不得大于0.02Hz.
3、静特性试验
调速器处于“自动”工况，负载状态，设置相关参数，将机频fj从50.00开始，以0.001Hz递增或递减，每间隔0.30HZ记录一次，使接力器行程单调上升或下降一个来回，录波并记录机频fj和相应导叶行程值。根据记录数据采用二次线性回归法计算调速器转速死区和非线性度是否符合标准。
4、充水后试验
（1）手动开、停机试验
根据实际水头设置水头参数，拔出锁锭，准备手动开机，缓慢操作手柄，使导叶缓缓开启，机组转速逐渐升高。如未发现异常，应调整机组至空载运行状态，观察空载开度、水头和机组频率等参数是否正常。若机频、网频在30分钟内测量无异常，则切入自动运行工况。记录当前水头值、空载开度。机组自动稳定运行30分钟后，如无异常，切换至机械手动将导叶关闭，手动停机。
5、自动开停机试验
Bp、Bt、Td、Tn置运行参数,水头值为当前实际值。锁锭拔出,开始自动开停机试验。观察记录开机过程曲线。计算机组转速超调量和开机时间。观察并记录停机过程曲线，计算停机时间。
6、空载扰动检查试验
机组起动到空载状态，机组稳定运行于空载无异常现象。改变频率给定，使机组频率在48～52HZ之间扰动，频率给定改变过程为：50HZ→50→52HZ→48HZ→52HZ→50HZ。观察并记录空载扰动波形。分别置四组不同的Bt、Td、Tn数值，记录空载扰动波形，取超调量和调整时间最优的一组参数作为运行参数。
7、空载摆动试验
将Bp、Bt、Td、Tn置扰动试验运行参数，频率给定=50.00HZ。机组在空载自动状况下运行。调速器处于“频率调节”模式，使调速器跟踪50.00HZ。记录机组频率在3分钟的波形曲线，计算频率摆动值，连续测量3次，取三次平均值空载频率摆动合格（大型调速器±0.15%，中小型调速器±0.25%）。
8、带负荷试验
调速器处于“自动”停机等待状态，Bp、Bt、Td、Tn置为运行参数。由中控室（LCU）发“开机”、“并网”令，机组开至发电状态。机组发电运行稳定，无任何异常现象。分别在“频率模式”、“功率模式”、“开度模式”下，按“增加”、“减少”键，或者通过中控室（LCU）发“增、减负荷”命令，改变机组有功功率。观察并记录试验过程波形，在负荷增减过程中，机组运行应稳定，机组负荷处理波动无明显变化，接力器应无来回摆动现象。
9、甩负荷试验
机组并网带负荷稳定运行30分钟，无任何异常现象,密切注意分段关闭阀动作情况。按额定负荷的25%、50%、75%、100%分四次进行甩负荷试验。观察并记录每次甩负荷波形，分析每次的最高频率、调整时间和涡壳压力上升率，如有异常，应立即停止试验，重新核对调保计算值。
10、一次调频试验
发频为50Hz时，调速器切自动控制，投入一次调频功能，按照电网要求修改频率死区。分别发频49.90Hz，49.85Hz，49.80Hz，49.75Hz以及49.70Hz，记录频率、导叶开度和有功功率的变化，每次发频结束，修改发频为50Hz；然后分别发频50.10Hz，50.15Hz，50.20Hz，50.25Hz，50.30Hz记录频率、导叶开度和有功功率的变化。
试验过程中调整PID参数，选出最好的参数，设置为运行参数。测试并确定一组一次调频运行参数以满足一次调频性能要求
五、总结
DFWT-100-4.0调速器系统采用全数字交流电机+滚珠丝杠副所组成的机电位移转换器，传动效率极高，死区小，线性度好，而且不会自锁，不发卡。全数字交流电机采用闭环控制方式，提高了调速器的速动性和控制精度，在电源消失的情况下，在内自复中机构的作用下，滑套自动回复零点位置，确保证调速器运行可靠性及系统安全性。该复中机构特点是定位精度高、可靠性高。实现“四无”：转换器无须用油、无明管道、无杠杆、无钢丝绳；彻底解决了电转发卡的传统难题。
通过相关试验数据分析，珊溪电厂3号机调速器各项性能和参数完全达到国标要求，满足了最初改造目的，改造后安全运行无故障，调节品质优秀，运行工况可靠。
参考文献
1 崔新明. 水轮机调速器改造分析[J]. 中国水能及电气化,
2 赵全华. TC-300水轮机调速器控制回路改进[J].小水电 , 2005,(06)
3 宋恩来.水电站水轮机技术改造综述[J}.东北电力技术.2000(7):20-25
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