PSWT数字式水轮机调速器操作手册(西门子FCV).doc

武汉三联 PSWT水轮机调速器操作手册 PSWT-（S7）数字式水轮机调速器操作手册武汉三联二O一一年九月目 录一调速器电柜面板操作说明21.信号指示灯22.操作开关、按钮3二.触摸屏（操作显示屏）操作说明41开始画面42.主流程画面53.主显示画面64.主操作画面75.参数设置及试验86.点量表97.运行参数设置108.PID调节参数设置119. 事件报告1310.导叶反馈及发大系数设置1411.一次调频功能1512.静特性试验1713.空载频率摆动试验1814.空载频率扰动试验1915.甩负荷试验2016.导叶开关机时间检测2117.历史报警记录22三调速器机械液压系统231.调速器机械液压系统油管连接232.调速器机械液压系统组成及功能243.电气日常维护274.机械日常维护27四. 水轮机微机调速器的故障处理271. 空载运行272. 负载运行283. 接力器294. 甩负荷295. 参数和水头306. 关键输入信号307 监视关键参数31一调速器电柜面板操作说明调速器面板上设置了交流电源、直流电源、断路器、紧停投入、锁定投入、锁定拔出、A机故障、A机控制、B机故障、B机控制等信号指示灯，这些指示灯指示了调速器外部信号的来源以及调速器的工作工况，并且在调速器面板上还设置了选择开关、操作按钮以及触摸屏等，以便于工作人员在现场查看和操作，见下图。1.信号指示灯交流电源、直流电源是来自于电厂为调速器提供供电电源的配电屏。断路器信号来自于电厂发电机出口开关的辅助接点，是为了使调速器辨识是否发电状态，断路器合上指示灯亮，表示机组处于发电工况。紧停投入信号来自于调速器机械液压机构的紧急停机电磁阀，该阀为双向电磁阀，配有双向手动按钮及电磁线圈，可人为手动或电动操作，紧急停机电磁阀动作后，该指示灯亮，这时，调速器的任何操作无效，当检查调速系统无故障或者故障已解除，才能人为手动和电动复归紧停电磁阀，该电磁阀为双向自保持结构，不需要长期带电或人为长期操作。锁定投入、锁定拔出信号来自于机组监控回路，必需为无源接点，该信号仅仅在调速器面板上显示，调速器不参入控制。A机故障、B机故障是调速器内部信号，当调速器检测到影响调节控制的故障时发出信号，指示灯亮。A机控制、B机控制是调速器内部信号，当调速器电气控制系统是双机结构时，作为主用的A机或B机对应的指示灯亮，如果故障影响到双机的正常控制或者机手动工况，A机控制、B机控制指示灯熄灭。2.操作开关、按钮1）.“远方/现地”选择开关该选择开关主要确定增、减开度或负荷的权限，现地位置；只能由现地的增、减旋钮来下达增/减负荷命令，远方位置；只能由远方监控设备以无源接点的形式经调速器外接线端子排向调速器输入增/减负荷命令。2）.“机手动/电动”选择开关机手动位置；电气控制部分退出，只能手动操作机械部分手柄或按钮来实现接力器的开、关动作，紧急停机动作回路将保留。电动位置；由电气控制部分与机械液压部分一起对水电机组接力器进行开和关操作，实现对机组的转速或负荷的闭环控制和调节，而此时人为手动操作机械液压系统是无效的。3）.“增加/减少”自复位旋钮与现地/远方按钮配合在调速器面板上来增减导叶开度或机组负荷。4）.“复位”自复位旋钮在调速器出现故障的情况下，此灯会亮并在故障未解除之前一直保持，触摸屏上有相应的事件记录。如果是不影响机组闭环调节的一般故障恢复后，可自动复归。但是，导叶反馈故障需要手动复归。5）.“A机、B机”选择旋钮：调速器电气控制系统采用的是双机热备结构，如果需要切换A机或B机为主用，可人为操作该切换按钮，该旋钮为自复位结构。二.触摸屏（操作显示屏）操作说明触摸屏是调速器人机对话窗口，它能够更加简捷、准确、方便地实现PLC调速器的监视、操作和参数的调整修改等功能。触摸屏尺寸按合同规定选择，不同触摸屏的画面布置有所不同，但操作方式基本相同。触摸屏有以下主要功能：* 在触摸屏中可以操作切换画面的方式查看调速器的工作工况及各种参数； * 具有事件记录以及事件发生的时间及原因；* 具有操作帮助画面；* 具有自动试验功能；* 具有关键参数设定，如设定导叶反馈零点和满度，水头、功率零点以及其它参数的限制值设定。1开始画面此画面显示了调速器的生产厂家以及时间等基本信息。通过画面上的“进入”触摸键可将画面切换至主显画面。2.主流程画面主流程画面主要显示来自于调速器的外部命令和调速器自身的工作状况。调速器具有自动、电手动、机手动三种运行方式。双机具有相同的触摸屏画面，该画面为A机主流程画面，显示A机的运行工况等参数。触摸“进入B”按钮就显示B机的画面。1）.机手动运行方式优先级最高，直接人为操作调速器机械液压系统的切换阀和手动开关阀控制导叶开度，调速器电气自动跟踪当前的开度。2）.电手动运行方式操作时必须在主操作画面将电气开限打开后再操作开度给定来控制导叶开度，该方式必须监视机组转速或机组负荷进行操作。3）.自动运行方式必须接收CSCS的信号，实现调速器自动开机，按给定的开度或给定的负荷运行、自动停机等命令。调速器自动运行方式下具有停机备用、空载运行、负载运行、调相运行等工况。在停机备用、空载运行、负载运行、调相运行这四种工况下必须有外部的命令来进行工况转换。例如：在停机备用工况必须有来自于CSCS的开机命令，调速器经过自适应闭环开机过程进入到空载工况运行，当出口开关断路器合上时调速器自动进入到负载工况运行，在负载工况运行可以接收CSCS的增减负荷命令，也可以接收CSCS直接以数字量通讯方式送来的有功功率给定值，调速器进行功率闭环调节。当接收到停机令时调速器自动将导叶开度关至全关。调速器在自动负载工况下具有开度调节、功率调节、一次调频、小网频率调节四种负载运行工况。可根据频率的波动和变化以及外部输入信号的不同进行自动转换。如果有外部输入命令或者调速器已经运行在某一工况时，主流程画面上的相应的文字自动转换为红色，相应的指示灯变为红色或绿色。 3.主显示画面该画面不能进行任何操作，主显示画面集转速表、开度表、运行工况光字牌、输入信号指示灯、机组及调速器运行参数、画面切换选择按键等组成，该画面主要是为了便于运行人员巡视以及对机组和调速器的运行参数记录，显示了机组和调速器的关键参数以及机组的实时转速和导叶开度。1）.指示灯用来指示开机、停机、断路器、调相、增加、减少、一次调频、停机联锁等信号的指示，当有外部输入信号以及调速器内部产生的有关信号其相应的指示灯变为绿色。2）.光字牌用来显示调速器控制水电机组工作在停机备用工况、自动开机过程、空载运行工况、负载运行工况、发电转调相过程、调相运行工况、调相转发电过程、调相转停机过程、电手动运行工况、机手动运行工况。3）.画面切换按键用来将从主显画面分别切换至相应的画面。如；帮助画面、事件报告画面、点量表画面、试验及参数设置画面、主操作画面、主流程。4）.画面中间的上排左边是公司的标志，右边是操作屏HMI内部的万年日历和时钟，日历和时钟可以在HMI系统画面中设置，HMI系统画面可以通过触摸屏幕的左上角、再触摸屏幕的右上角、再触摸屏幕的左上角进入，进入HMI系统画面后，在相应的菜单下修改。5）.在调速器正常运行时相应的指示灯为绿色并闪烁，在调速器故障运行状态时相应的指示灯为红色并闪烁。4.主操作画面主操作画面主要由七部分组成，由上至下分别为：关键机组参数指示牌、运行工况光字牌、调速器内部PID调节参数的当前值、机组及调速器运行参数显示、调速器控制参数的设定修改、调速器运行工况的切换按键、画面切换按键组成。1）.参数指示牌显示机组的导叶开度和电网、机组频率等主要参数。2）.运行光字牌主要显示调速器的工作状态。3）.PID参数主要显示调速器根据机组运行的工况好电网频率的变化，自动选择相应的PID调节参数进行调节，自动变参数实时控制机组运行。4）.全面地显示机组和调速器的参数。5）.控制参数的设定修改是通过触摸+、-中间的数字框，弹出数字小键盘来进行数字给定输入操作，也可以触摸+、-按键进行微调，机组有功给定只能在负载功率调节工况下调整，手动水头调整只能在水头输入设定在手动模式下来调整，频率给定的调整只能在自动空载跟踪频给和负载频率调节工况下调整，电开限和开度给定只能在电手动、自动空载，自动负载工况下调整。导叶开度给定的上线值受电开限的限制。6）.工况切换是多位按键，如：机手动、电手动、自动按键，按动一次便切换的相应的工况。功率、开度、频率调节调速器能根据负载运行中的输入信号（功率给定调整负荷、脉冲调整负荷、频率波动）或人为切换。跟踪频给就是控制机组频率与频率给定一致，跟踪网频就是控制机组频率与电网频率一致。水头自动表示调速器当前水头来自外部传感器信号，水头手动表示人为主操作画面设定。7）.画面切换按键就是可以从主操作画面切换到其他相应的画面。5.参数设置及试验重要提示：非电厂运行人员和设备厂家调试人员请勿擅自进入画面修改参数。该画面是调速器主要的运行参数和试验参数设置菜单画面，进入所有的参数设置画面和试验画面必须在该画面输入正确密码后才能进入相应的画面，主要分为试验菜单和参数设置菜单两部分。所有的需要试验和与机组有关的参数以及影响调速器性能的参数都必须从此画面中的菜单进入到相应的画面进行设置。1）.试验参数设置画面有：静特性试验、空载频率扰动、空载频率摆动、甩负荷试验、导叶开关机试验。2）.参数设置菜单有：运行参数整定、PID参数整定、功率水头整定、一次调频整定、导叶参数整定。建议电厂运行和维护的有关技术人员在设备厂家的技术人员安装调试后将与此画面有关的参数设置菜单包括的参数记录下来，必要时进行比较和重新设定。为确保设备在电厂安全可靠运行，与此画面有关的所有参数也必须定期检查，如发现不一致应查明原因进行参数恢复，重新设置，如果机组大修时间较长，调速器长时间未通电，那就是主控制器CPU中保持程序和数据的电池大于低引起的，需要重新更换电池。当检查或者对有关参数进行重新设置后，退出该画面时应按“退出设置”按键后菜单上出现圆圈，表示需要密码才能进入。6.点量表该画面为调速器核心部件控制器的所有开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出信号的点量表。开关量输入信号包括：来自于CSCS的命令开机、停机、断路器、调相、增加、减少以及电柜面板上的选择开关的输入信号，同时包括机组频率、电网频率、齿盘信号的输入。开关量输出信号包括：导叶开/关、粗调动作、一次调频投入及动作、故障报警、导叶控制退出。模拟量输入信号包括：导叶反馈、功率反馈、水头信号。模拟量输入信号采集外部传感器直接输入的信号，即处理前的信号，以及经过转换后的数据，即处理后的数据。模拟量输出信号包括：导叶开度、机组转速。7.运行参数设置电开限最大值是指在水库水位最大时，机组带到额定负荷或允许的超发功率对应的导叶接力器开度。电开限最小值是指在水库水位最小时，机组带到额定负荷或允许的超发功率对应的导叶接力器开度。空载最大开度是指在水库水位最低时机组在空载工况下稳定在额定转速对应的导叶开度。空载最小开度是指在水库水位最高时机组在空载工况下稳定在额定转速对应的导叶开度。频率失灵区是指在负载非频率模式下，调速器对该范围内（频率给定加减失灵区）的频率不调节。功率失灵区是指在功率模式下，调速器对该范围内（功率给定加减失灵区）的率不调节。负载开度增量或空载开度增量的大小与负载或空载工况下外部增、减信号开、关导叶的快慢成正比。永态转差系数（调差率）bp是指在水轮机控制系统静态特性曲线上某一规定运行点处斜率的负数。一般情况下bp由电厂根据电力系统要求提供，bp的大小与调速器根据被调解量的偏差调节的范围成反比，水电机组在负载运行工况下一般bp设置为4左右，在空载工况下设为1。甩负荷确认频率是指当机组断路器断开时如果机组频率大于甩负荷确认频率，调速器自动将机组关至空载运行，当该值设定为0，即表示无条件将机组关至空载开度运行。如果选择有条件判定是甩负荷工况，该值设为50.3Hz。导叶负载和备用控制退出是指在机组稳定运行时调速器机械液压机构静态漂移较小时，当实际开度与给定开度之差小于该设定值时，调速器自动断开电气-位移转换器电源，依靠调速器断电自复中功能使机组稳定在给定的开度下运行。调速器内置了自适应闭环开机规律，该开机规律只需要在运行参数中设定好最大、最小空载开度、最高、最低水头就可以适应正常的开机过程。但是当机组运行在非正常工况，例如：当前水头过高或过低时导叶反馈全关或全开的零点或满度调整不当就会使得内置的开机规律也许不能正常完成开机过程。这时可人为设定第二种开机规律，第二种开机规律的选择值设定为55，空载开限设定大于当前空载开度略5%左右，空载开度设置为当前的空载开度，开机顶点设定为大于当前空载开度10%左右，负载开限设定值一般设为80%-99.99%。如果第二种开机选择设定为0，它所对应的参数无效。8.PID调节参数设置调速器根据机组运行的工况共有5组bt、Td、Tn的PID参数，其中包括负载频率调节PID参数、负载开度调节PID参数、负载功率调节PID参数、一次调频PID参数、空载频率PID参数。Bt:暂态转差系数，是指永态转差系数为0时，缓冲装置不起衰减作用时，暂态差值系数bt和永态差值系数bp有相同的含义：调速器静态特性图上某点切线斜率的负数。范围一般为3%-300%。 Td: 缓冲时间常数，是指当输入信号停止变化后，将来自接力器位移的反馈信号衰减的时间常数。范围一般为2-99s。 Tn: 加速度时间常数是指在串联PID调速器中，转速微分装置输出量相对偏差与转速相对偏差变化率之比的负数。范围一般为0-3s。 推荐值一般为1.0Tw/Tabt1.5Tw/Ta；3TwTd5Tw；Tn=0.5Tw； 0.67Ta/TwKp1.0Ta/Tw；0.14Ta/Tw*TwKi0.33Ta/Tw*Tw； 0.33TaKd0.5Ta。 机组惯性时间常数Ta的物理概念是：在额定力矩Mr作用下，机组转速n由0上升至额定转速nr所需要的时间。 水流惯性时间常数Tw的物理概念是：在额定水头Hr作用下，过水管道内的流量Q由0加大至额定流量Qr所需要的时间。 Kp=（Td+Tn）/（bt*Td）；Ki=1/（bt*Td）；Kd=Tn/bt 因此一般来说bt的大小与比例项成反比，建议其取值范围为20%-80%之间；Td的大小与积分项成反比，建议取值范围为10-20S之间；Tn的大小与微分项成正比，建议取值范围为0-1.0S之间。 bt越大越利于系统稳定，但会降低动态品质和速动性；Tn起超前调节作用，Tn太大不利于系统稳定。缺省值一般为bt=30%，Td=10S，Tn=0.2S。9. 事件报告事件报告画面的警报区是将发生的报警信息和事件信息依序逐条记录在该画面中。并将事件发生的时间（按年、月、日、时、分、秒）、事件的级别、事件发生的编号、状态和消息（事件发生的具体内容）在表格区内显示出来。最多可保留最近500条信息。最近的信息置为顶层，手动移动右边滚动条，可以查找其他信息。1）.时间：按年、月、日、时、分、秒进行事件记录。2）.级别：如果来自于电厂监控系统CSCS的开关指令信号级别为1，调速器面板自动、电手动、机手动的工况切换事件的级别为2，如果采用调速器内置的试验功能进行试验的级别为4，发生一般对正常运行影响较小的故障的级别为5，发生运行机组正常运行的故障的级别为6。3）.编号：用符号表示事件的形式。4）.状态：该栏中“发生”或“A”代表警报和事件的状态正存在，而“消失”和“C”代表警报和事件的状态已解除。5）.消息：命令事件；开机令、停机令、断路器、调相令、增加、减少等。 工况切换；导叶电手动、导叶自动、导叶机手动。 报警信息；导叶反馈故障、功率反馈故障、水头反馈故障、网频测量故障、残压测频故障、齿盘测频故障以及残压和齿盘测频同时故障等信息。 例如：在09/12/01 11：30“网频测量故障”事件发生，报警历史表中会记录故障发生的日期为“09/12/01 11：30”，级别为5级，编号为“Wp err”，状态为“发生”或“A”，消息显示为“网频测量故障”。 如果故障经处理正常后，其状态指示为“消失”或“C”。10.导叶反馈及发大系数设置1）.反馈信号的零点及满度的调整 触摸“试验及参数”按钮后会弹出密码键盘，只有输入正确的密码才可将画面切换至“反馈及放大系数”画面，密码出厂设置为8。 实测值是指A/D转换通道读入的值，根据实际的转换精度其范围为12位精度04000，15位精度016384。其值为显示值不修改。 测量零点（全关）：当信号最小（全关）时，将实测值设置在此位置。 显示零点（全关）：当信号最小（全关）时，将此信号在调速器内部的计算值（显示值）设置在此位置，一般为0。 测量增益（全开）：当信号最大（全开）时，将实测值设置在此位置。 显示增益（全开）：当信号最大（全开）时，将此信号在调速器内部的计算值（显示值）设置在此位置，一般为99.99%。 越上限报警值、越下限报警值可以在触摸屏中设定，越下限报警值是指在导叶全关附近设定的一个具体的数值，低于此值时报警，越上限报警值是指导叶全开时设定的一个具体数值，高于设定的数值时报警。2）.放大系数整机（主配）放大系数 整机放大系数对于导叶控制设置了负载开、关及空载开、关四个放大系数，该放大系数直接影响调速器导叶的控制品质，该值较大其超调量过大、波动次数频繁，该值较小其调节迟缓、动态品质低。整机放大倍数太大，静特性死区小但会有交差点，接力器来回频繁调节，稳定时间较长。系统放大倍数范围为530倍。比例阀放大系数及主配中间位置设置导叶比例阀控制设置了负载开、关及空载开、关四个放大系数，其范围为250。 导叶主配中间位置； 导叶主配中间位置设置为电气监测主配位置。设置时导叶选择机手动状态，导叶在任何位置，观察主配反馈测量值，并把此值写入主配中位设定值即可。数字阀放大系数导叶数字阀控制设置了负载开、关及空载开、关四个放大系数，其范围为250。 一般在电手动工况下，开度给定突变10%，接力器响应开度给定变化的超调量较小（一般超调量1.03%），调节时间快。3）.调速器综合放大输出 导叶位移传感器的作用，是将输出的位移变成010V的电压信号送到调速器电气柜后与PID计算值综合放大处理后控制接力器（油缸）行程，达到控制机组转速或机组有功功率的目的。 调速器内部综合计算值U=K（U-Y)其中：K为整机放大系数，U为PID计算值，Y为接力器行程，当U0，调速器控制接力器开，当U75额定负荷过程中的水压上升值过大按调节保证计算，加长导叶接力器关闭时间值导叶接力器关闭时间过长甩75额定负荷过程中的机组转速上升值过大按调节保证计算，缩短导叶接力器关闭时间两段关