DIGIPID1500型调速器在万家寨水电站的应用分析.docx

D IGIPID 1500 型调速器在万家寨水电站的应用分析张宁(万家寨水电站 , 山西省偏关县 036412)摘要 : 介绍了 D I GIP ID 1500 型调速器系统的组成、功能以及主要技术参数 ;结合发电运行经验 ,分析了调速器在万家寨水电站应用中的优 、缺点 ,为电站调速器系统的改造提供了指导 。关键词 : 水电站 ; 调速器 ; 技术参数 ; 应用分析据设定值与测量值的差值产生的一个控制量 , PU I模块是提供给电液转换器与控制信号成比例的电信 号 ,用来保证机组调节装置的位置与调速器给定值相对 应 ; 电 源 模 块 主 要 为 各 个 模 块 提 供 所 需 的+ 24 V 、15 V 和 + 5 V 电源 。其功能见图 2 。引言万家寨水电站位于山西省偏关县与内蒙古自治 区准格尔旗接界处的黄河干流上 ,距山西省大同市200 k m 。其主要任务是供水并结合发电调峰 ,同时 兼 有 防 洪 防 凌 的 作 用。电 站 总 装 机 容 量 为1 . 08 GW ,单机容量为 0 . 18 GW 的 6 台混流式水轮 发电机组 ,年平均发电量为 27 . 5 亿 k W h 。0调速器系统的组成及功能11 . 1 调速器系统的组成万家寨水电站 6 套水轮机调速器系统 ,属于法 国 Al sto m 集团技术 , 由天津阿尔斯通水电设备有限公司承包组装供货 , 是数字式、比例 积分 微分( P ID) 调节规律 、可控 、双调节、D I GIP ID 1500 型调 速器 ,由微机调节器 (电气部分) 和电液随动系统 (机 械部分) 两大部分组成。总体结构见图 1 。图 2 微机调节器功能电液随动系统包括 : 电液转换器、开/ 停机电磁阀、主配压阀 、接力器、过速配压阀、分段关闭阀、锁 定电磁阀 、双筒过滤器及油压系统。油压系统包括 :2 台油泵 、隔离阀、感压阀 、空载阀 、逆止阀、安全阀等。系统总体结构见图 3 。图 1 调速器系统总体结构图 3 电液随动系统总体结构微机调节器由调速器模块、位置调节器模块和电源模块组成。其中 ,调速器模块由 2 个输入输出 终端区 ( ESB) 模块、1 个信息接口 ( IN T) 模块和 1 个 中央处理单元 ( U C T) 模块组成 ,用来接收自动化命 令及反馈信息 ,根据机组转速 ,模块接收自动化命令 及测量值 (如功率、水头等) ,计算出 1 个或多个位置 设定值 ,来控制机组调节机构 ; 位置调节器模块由1 个 PO S 模块和 1 个 PU I 模块组成 , PO S 模块是根1 . 2调速器的主要功能1) 调速功能 ,保证转速死区小于 0 . 02 % 。2) 自动跟踪电网频率或参考 50 Hz 频率、相位 调节 ,保证机组迅速同期并网 。3) 可方便实现各种开、停机程序要求 ,满足快速 开机、泄水控制 。4) 负载整定可通过脉冲、4 20 mA 模拟量电 流和通信 3 种方式远方控制。5) 开度限制可远方控制。收稿日期 : 2010209219 。37水 电 厂自 动 化2011 ,32 (2)6) 具有水位调节 、开度调节及功率调节 3 种运行模式。7) 具备 R S2232 通信方式的计算机接口 , 可应 用专用 S TA TU S 软件对调速器进行调试及试验。3 . 3机械式液压过速保护系统当机组过速时 ,安装在大轴上的离心式机械液 压防飞逸装置直接作用于主配压阀 ,能够迅速关闭 导叶 ,保证机组处于安全状态 。3 . 4导叶位置反馈传感器布置在一个特殊设计、坚固可靠、反馈箱内的导 叶位置传感器 ,与电液转换器、主配压阀、接力器及电气控制组成的系统 ,构成了第一级反馈回路 ,彻底 抛弃了低精度的钢丝绳反馈方式 ,为电气反馈提供了可靠的保证。3 . 5主配压阀独特结构的主配压阀 ,阀芯动作灵活 ,阀芯向上 移动开启导叶 ,阀芯向下移动关闭导叶 。当油压系统故障时 ,阀芯能够依靠自重 ,切断控制油压 ,关闭导叶 ,保证机组处于安全状态 。3 . 6油压空载系统液压式的感压阀和空载阀相互配合 ,组成了油 泵的空载系统 ,能自动调节油压装置 ,并维持油压在正常范围内 ,使得油压调节不再需要压力开关和电气控制 ,实现了完全由液压系统自动调节油压。3 . 7液压隔离阀在压力油罐与系统之间 ,设置 1 个液压操作控 制的隔离阀 ,能够保持油罐在停机期间充满油 ,保持罐内为正常压力及油位 ,同时还配有指示开启及关闭位置的开关。其优点主要有 : 安全性 ,防止事故 情况下油罐内高压空气冲出 ; 方便性 ,在保持油罐内正常压力的情况下 ,可对系统进行无压检修 ,避免了油罐卸压后又建压 ,以保证机组迅速重启 ; 经济 性 ,在正常停机或长时间停机的情况下 ,只需关闭隔离阀就可长久地保持油罐油压 ,关闭油泵电机从而节约电能 。主要技术参数1) 调速器型号 :D I GIP ID 1500 型微机数字式调 速器。2) 正常工作油压 :6 . 4 M Pa 。3) 主配压阀直径 :100 mm 。4) 整机的技术指标 :调速器转速死区 0 . 02 % ;永态转差系数 bp 为 010 % ; 甩 100 %额定负荷时 接力器不动时间不超过 0 . 2 s 。5) 调速器的 P ID 常数可调节 、修正范围 : 比例增益 Kp 为 0 . 0120 ;积分增益 Ki 为0 . 1/ s10/ s ;微分增益 Kd 为 0 . 0015 s 。6) 接力器全开行程时间 :20 s 。7) 接力器关闭规律及时间。1 号4 号机组 :2 段关 闭 , 第 一 段 4 . 5 s ( 接 力 器 行 程 : 100 % 25 %) 、第二段 3 s ( 接力器行程 : 25 %0 ) 。5 号6 号机组 :一段关闭 ,时间为 9 s ( 接力器行程 : 100 %0) 。28) 频 率 人 工 失 灵 区 ( 可 调 ) :+ 0 . 5 Hz ,最小频率死区为 : 0 . 033- 0 . 5 Hz Hz 。9) 测频方式 :残压 (电压互感器) + 齿盘。10) 频率整定范围 :0100 Hz 。11) 频率给定可调范围 :4555 Hz 。12) 工作电源 :交流 220 V + 直流 220 V 。万家寨水电站应用中的优点33 . 1 专用 STATUS 软件Al sto m 集团为水电机组开发了完善的调速系 统设计、调试软件 ,保证对每个电站的调速系统进行精确地设计和调试 。专用 S TA TU S 软件可在线设置、修改调速器参数及调节规律曲线 ,可在线监测调 速器所有测试点参数及状态 ,可离线分析、打印所有调试参数和曲线 ,具备数字示波器及信号发生器功 能 ,可方便地对调速系统进行非线性补偿、稳定性分 析、空载扰动试验以及静特性测试试验 。3 . 2 TR10 型电液转换器环喷式结构的 T R10 型电液转换器 ,抗污能力 强 ,直接将电信号转换成液压放大信号输出 ,提高了调速器的调节精度 ; 可调整的机械趋势与电气趋势 相互补偿 ,在电气系统故障时 ,电液转换器的线圈因电信号消失而获得的关闭趋势能够关闭导叶 ,保证 机组处于安全状态。万家寨水电站应用中的缺点44 . 1电气箱工作模式电调柜内设计有 2 套电气箱 ,1 个主用 ,1 个备 用。主用电气箱的频率是通过采集发电机机端电压 互感器残压处理得到的 ,备用电气箱的频率是采集 发电机大轴的齿盘脉冲数处理得到的。因 2 个电气箱对频率的采集、处理与计算等环节不相同 ,决定调速器 2 套电气箱的运行方式只能是主用和备用 ,并 非严格意义上的冗余运行模式。在机组发电运行时 ,以主用电气箱运行为主 ,仅在主用电气箱故障时才自动切换为备用电气箱运行 ; 而当备用电气箱故 障时 ,却不能自动切换回主用电气箱运行 ,需要人工手动切换 ;若试验需要进行 2 个电气箱的主从切换 ,还会发生扰动现象 ,此现象在空载工况时尤为明显 。38调速励磁及综合控制 张 宁 D I GIP ID 1500 型调速器在万家寨水电站的应用分析电气箱的设计原则应为 : 2 套电气箱均应同时采集发电机机端电压互感器残压和发电机大轴的齿 盘脉冲 ,且对 2 种信号处理的原则应相同 。2 套电气箱均具有自动和手动运行工作方式 ,它们之间切 换须方便可靠 ,能实现完全无扰动地切换。当其中一个微机系统出现故障时 ,系统应能自动无扰动切 换到备用控制系统 ;当 2 套系统同时故障时 ,应能平 滑无扰动地自动切换到手动运行 。4 . 2 一次调频动作信号电网对机组的一次调频要求越来越高 ,要求所 有 20 M W 以上机组的一次调频功能全部投入 。该调速器虽通过了一次调频功能试验 ,但其逻辑输出 没有设计调速器一次调频动作信号 ,全厂计算机监控系统得不到该信号 ,无法判断机组一次调频动作 情况 ,监控系统不能精确地给调速器系统下发有功 负荷指令 ,使一次调频功能在电站得不到良好的应用。更新改造建议 :电气箱输入/ 输出 ( I/ O ) 模块与 外部 I/ O 信号均应有光电隔离措施 ,各种型号的模 拟量 I/ O 及数字量 I/ O 通道数应预留 20 %的裕量 , 满足实际需要 ,可现场修改 。4 . 3 有功功率变送器有功功率变送器是调速器功率调节运行模式环 节必不可少的、最重要的元件 。该调速器选择 lo reme 公司生产的 C PL 101 型有功功率变送器 ,其测量 不准确、输出不稳定 ,需运用专用软件设置参数后才 能工作 ,工作电压等级为直流 48 V 与国内变送器电源模式不同。目前 , 6 台机组的有功变送器已全部 故障并拆除 ,国内无合适的变送器与其匹配替代 ,调速器仅限于开度调节模式运行 。更新改造建议 : 应选择同类型、输出精确、质量 可靠的国产变送器 ,满足调速器功率模式运行的需 要。4 . 4 专用软件专用 S TA TU S 软件 , 功能虽然很多 、很强大 ,但英文与法文的人机界面不友好 ,要求维护人员具 备较高的外语水平 ; 该调速器内部的其他逻辑设计软件对用户不开放 ,维护人员对发生故障的机理不清楚 ,难以及时消除故障 ,影响机组发电运行效益。更新改造建议 :采取适当经济措施 ,满足现场对 调速器内部软件程序的修改。4 . 5备品备件万家寨水电站投入运行已 10 年以上 ,电气元件 老化现象严重 ,各电路板发生故障的概率相对提高 ,备品备件采购周期长 ,费用昂贵 ,给设备维护带来困难 ,影响机组的安全稳定运行 。更新改造建议 : 将备品备件纳入设备改造合同 的范畴 ,保证故障能够及时消除。4 . 6油质要求很高要求双筒油过滤器的精度必须达到 70 m ,否 则 ,很容易因油管路液压不畅通导致开机不成功。更新改造建议 :建立定期清洗滤芯制度、定期切 换双筒过滤器运行制度 ,保证开机的成功率。4 . 7主配压阀的反馈传感器主配压阀的反馈传感器型号为 : XSC H203629 , 经过多年的运行观察 ,该传感器在万家寨水电站工 作相对不稳定 ,测量数据相对不可靠 ,寿命时限相对较短。其中 ,因为主配传感器不同程度的故障而导 致机组临时停机或倒机 ,在电站 6 台机组均发生过 ,目前 ,6 台机组的主配传感器已全部更换。 更新改造建议 : 调研比较 ,选择质量可靠 、运行寿命时限相对较长的同类型传感器 。结语D I GIP ID 1500 型调速器在万家寨