金安桥水电站2号机组调节系统及原动机模型参数测试方案

1、金安桥水电站水轮机组调节系统及原动机模型参数测试方案金安桥水电站2号机组试运行指挥部云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院2011年10月7日目 录1、试验目的2、技术标准和规程规范3、金安桥水电站调速系统框图4、试验内容及方法5、试验测点布置：6、试验安全措施7、试验必须收集及记录的技术资料金安桥水电站水轮机组调节系统及原动机模型参数测试方案1、试验目的对水电厂水轮机调节系统参数进行测试，为电网系统仿真研究提供与实际系统状况相吻合的水轮机调节系统模型，通过对调速器数学模型的研究和仿真计算，建立更为准确的调速系统的计算模型,满足电力系统稳定计算的需求, 为电力系统安排运行方式提供更为可靠

2、的依据。1.1、通过试验获得水轮机调节系统模型相应参数，为电力系统计稳定计算提供依据；1.2、检测调速器整体性能；1.3、为电力系统的中长期稳定性仿真计算及电网规划，提供可靠的数学模型。2、技术标准和规程规范2.1、 DLT 563-2004水轮机电液调节系统及装置技术规程。22、 DLT 496-2001水轮机电液调节系统及装置调整试验导则。2.3 GB 9652.1-1997水轮机控制系统技术条件2.4 GB 9652.2-1997水轮机控制系统试验3、金安桥水电站调速系统框图3.1、HGS-E412型PCC调速系统频率及导叶闭环调节原理框图左边的PID调节框图称为频率主环，bp为永态转差

3、系数，空载时，bp为零，死区为零，PID调节参数采用空载参数，并网时，bp和死区为设定值，PID调节参数采用负载参数，功率一般都通过监控系统来调节，直接作用于导叶位置输出。该信号经过DA（模数）转换后施加到电液转换器上。Kp：主环比例增益，参数值0-20之间可调。Kd： 主环微分增益，参数值0-10 1/s之间可调。KI： 主环积分增益，参数值0-5 s之间可调。Ty：接力反应时间常数，整定在0.2s左右。bp：调速系统永态转差率， 0-10%可调。E：人工失灵区：整定在0-0.5HZ。fg：机组频率返馈fs：机组频率给定PGV：负荷给定3.2、程序模拟量输出对应如下（据厂家最终资料为准）：（

4、1） 频率主环PID综合输出； （2） 功率给定Pgv； （3） 开度给定；（4）导叶副环综合输出u； 4、试验内容及方法4.1、 静态试验试验条件：蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式：切除人工死区（置零值）：置比例增益Kp、积分增益Ki置最大值，Kd置零值，频率给定为额定值，机组模拟并网(断路器位置信号短按)。 4.1.1、静态特性试验由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入信号，以开度给定将导叶接力器调整到50行程附近。然后，将调速器处于自动运行方式，升高或降低频率使接力器全关或全开，单方向调整频率信号值，在导叶接力器每次变化稳定后，记录信号频率值及相应的接力器行程，分别绘制频率升高和降低

5、过程的静态特性曲线。每条曲线在接力器行程10-90的范围内，测点不少于8点。分别设定bp=4、6进行检测。4.1.2、数字调节器PID参数动态特性检测（包含电电液转换器动态特性检测）4.1.2.1、调节器KP开环参数检测（1）试验条件及要求蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人工死区，或置死区为0.05Hz(必须记录，并验证当频率阶跃信号越过0.05Hz后，调速系统对频差的计算方式)，频率给定为额定值；机组模拟并网(断路器位置信号短接)，使用导叶给定使主接力器处于试验所需要的开度处。要求厂家提供调速器传递函数及调节原理框图,及发电状态PID运行参数。（2）试验方法将bP=0%、Kd=0 、

6、KI =0。KP置于待效验值,对调节器加一频率阶跃信号（0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz），记录频率改变后导叶接力器行程变化过程曲线、调节器输出电压、电液转换器输入信号、电液转换器输出信号。(1) Kp= 4 、KI= 0 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(2) Kp= 8 、KI= 0 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(3) Kp= 12、KI= 0 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）其中一组为运行参数4.1.2.2、调节器KI开环参数检测（1）试验条件及要求蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人工死区，或

7、置死区为0.05Hz(必须记录，并验证当频率阶跃信号越过0.05Hz后，调速系统对频差的计算方式)，频率给定为额定值；机组模拟并网(断路器位置信号短接)，使用导叶给定使主接力器处于试验所需要的开度处。要求厂家提供调速器传递函数及调节原理框图,及发电状态PID运行参数。（2）试验方法将bP=0%、Kd=0 、KP =0、KI置于待效验值,对调节器加一频率阶跃信号（0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz），记录频率改变后导叶接力器行程变化过程曲线、调节器输出电压、电液转换器输入信号、电液转换器输出信号。(1) Kp= 0 、KI= 3 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(2

8、) Kp= 0 、KI= 6 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(3) Kp= 0、KI= 9 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）其中一组为运行参数4.1.2.3、Kd开环参数检测（1）试验条件蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人工死区：或置死区为0.05Hz(必须记录，并验证当频率阶跃信号越过0.05Hz后，调速系统对频差的计算方式)，频率给定为额定值；机组模拟并网(断路器位置信号短接)。（2）试验方法将bP=0%、KP(或bt)置于最小值，KI置于最小值（或Td最大值），Kd(或Tn)置于待效验值,对调节器使加一频率阶跃信号（0.25H

9、z、0.5Hz、0.75Hz），记录频率改变后导叶接力器行程变化过程曲线、调节器输出电压、电液转换器输入信号、电液转换器输出信号。(1) Kp= 0 、KI= 0、Kd= 1 、df=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(2) Kp= 0、 KI= 0 、Kd= 3 、df=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(3) Kp= 0、 KI= 0 、Kd= 10、df=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）4.1.2.4、Kp、KI、Kd开环参数检测（1）试验条件蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人工死区：置增益为整定值，频率给定为额定值；机组模拟并网(断路器位置信号短接)。

10、（2）试验方法由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入信号，以开度给定将导叶接力器调整到50行程附近。用调速器测试仪改变机组输入频率（0.25Hz、0.5Hz），记录频率改变后导叶接力器行程变化过程曲线、调节器输出电压、电液转换器输入信号、电液转换器输出信号。试验在不同的调速器P1D参数组合下进行, bP=0%(最小值), 切除人工死区，或置死区为0.05Hz(必须记录，并验证当频率阶跃信号越过0.05Hz后，调速系统对频差的计算方式)。(1) Kp= 8 、KI= 3、Kd= 1 、df=(0.25Hz、0.5Hz）(2) Kp= 8 、KI= 4 、Kd= 5 、df=(0.25Hz、0.

11、5Hz）(3) Kp= 12 、KI= 4 、Kd= 10 、df=(0.25Hz、0.5Hz）4.1.2.5、Kp、KI、Kd闭环参数检测（1）试验条件蜗壳未充水，调速器处于自动运行方式；切除人工死区：置增益为整定值，频率给定为额定值；机组模拟并网(断路器位置信号短接)。（2）试验方法由调速器测试仪给调速器提供额定的机频输入信号，以开度给定将导叶接力器调整到50行程附近。用调速器测试仪改变机组输入频率（0.25Hz、0.5Hz），记录频率改变后导叶接力器行程变化过程曲线及调节器输出电压。试验在不同的调速器P1D参数组合下进行, bP=4%, 切除人工死区，或置死区为0.05Hz(必须记录，并

12、验证当频率阶跃信号越过0.05Hz后，调速系统对频差的计算方式)。(1) Kp= 4 、KI= 3 、Kd= 1 、df=(0.25Hz、0.5Hz）(2) Kp= 8 、KI= 4 、 Kd= 5 、df=(0.25Hz、0.5Hz）其中一组为带负荷运行参数4.1.3、 接力器关闭与开启特性（开度给定扰动试验）试验条件蜗壳未允水，调速器处于自动运行方式，切除人工死区（置0），或置死区为0.05Hz，频率给定为额定值，机组模拟并网(断路器位置信号短接)。试验在不同的调速器PID（二至三组）参数组合下进行。(1) Kp= 4 、KI= 3 、Kd= 1 、bp=4% 、 dY=(50%-60%-

13、40%）;(2) Kp= 4 、KI= 4 、Kd= 5 、bp=4% 、 dY=(50%-60%-40%）;(3) Kp= 8 、KI= 2 、Kd= 5 、bp=4% 、 dY=(50%-60%-40%）。4.1.3.1 、接力器全关全开试验 试验方法将开度限制机构置于全开位置，在自动方式下实测接力器全开、全关过程。(1) 进行接力器指令10%90-10%大阶跃(2) 操作紧急停机电磁阀动作或复归，截取记录接力器在10%-90%行程之间线性过程移动。4.1.3.2导叶给定阶跃试验将开度限制机构置于全开位置，将接力器开到30，进行导叶给定阶跃试验，阶跃量分别为正负1，2，5，10以及30。各

14、阶跃试验重复1次。将开度限制机构置于全开位置，将接力器开到50，进行导叶给定阶跃试验，阶跃量分别为正负1，2，5，10，20以及50。各阶跃试验重复1次。将开度限制机构置于全开位置，将接力器开到80，进行导叶给定阶跃试验，阶跃量分别为正负1，2，5，10，20。各阶跃试验重复1次。将开度限制机构置于全开位置，进行导叶给定阶跃试验，阶跃量分别为正负1，2，5，10，20，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%。4.1.3.3 接力器反应时间常数测定试验方法：(1) 调速器开关机时间整定为设计值后，调速器切手动，切除导叶反馈，将副环Kp参数设为定值，Ki值置为0。将接力器

15、行程调整到50%附近。(2)逐次改变开度给定值1%、3%、5%、8%、10%、15%（据主配压阀位移响应情况定阶跃量），分别采集主配压阀位移和导叶接力器动作位移。 (3)测出主配压阀位移与相应接力器平均速度，将位移及速度量换算为相对值，绘制关系曲线，求出接力器反应时间常数。(4)调速器手动运行，恢复调节参数。4.1.4、人工频率死区检查校验试验方法：(1) 在机柜端子上加50Hz稳定信号，模拟并网信号，手动接力器行程稳定于约50%附近，调速器模拟机组并网带负荷工况，自动开度模式运行，人工频率死区置为：Ef=0.1Hz。(2) 使频率给定发生阶跃扰动，扰动量为0.2Hz、0.22Hz、0.3Hz

16、记录接力器行程的变化过程以及调速器人工频率死区设定值。(3) 接力器行程稳定于约20%附近，将人工频率死区Ef= 0.05Hz，以0.01Hz步长将机频由50HZ逐次降到49.8HZ，稳定后返回50HZ ；然后再由50 HZ逐次加到50.2HZ，稳定后返回。测出在设定频率死区下导叶接力器的开度与频率的关系，计算其实测值与误差值。4.2、 动态态试验4.2.1、机组带负荷试验4.2.1.1 机组动态扰动试验试验条件：1、调速系统其它各项动态试验验收已完毕。2、机组具备变负荷条件，同时机组运行稳定。试验方法：(1) 将调速器参数设置为如下值： Kp=4、Ki=3、Kd=1、Ef=0.05Hz（备注

17、：此参数为机组最终一次调频参数也就是负载参数了） a:在当前水头下 50额定负荷下动态扰动试验：1） 机组稳定运行于当前水头下50%额定负荷，将调速器开度控制模型运行，“一次调频功能”开关投入。2） 确认机组稳定运行，各项安全措施均已到位的情况下，逐次改变调速器频率给定值（或模拟机组频率信号，下同），变化过程为正负0.15Hz、0.25Hz测试记录每一次扰动过程。调速器机旁一直有人监视，以便异常工况下调速器切手动。3） 将调速器“一次调频功能”开关断开，切换为功率模式自动运行。重复本项试验步骤2。 b:在当前水头下 80额定负荷下动态扰动试验：（2）将调速器参数设置为如下值： Kp=8、Ki=

18、4、Kd=5、Ef=0.05Hz（具体参数依据静态扰动确定） a:在当前水头下 50额定负荷下动态扰动试验：1） 机组稳定运行于当前水头下50%额定负荷，将调速器开度控制模型运行，“一次调频功能”开关投入。2） 确认机组稳定运行，各项安全措施均已到位的情况下，逐次改变调速器频率给定值（或模拟机组频率信号，下同），变化过程为正负0.15Hz、0.25Hz测试记录每一次扰动过程。调速器机旁一直有人监视，以便异常工况下调速器切手动。3） 将调速器“一次调频功能”开关断开，切换为功率模式自动运行。重复本项试验步骤2。 b:在当前水头下 80额定负荷下动态扰动试验： 重复上述a项内容。4.2.2、水轮发

19、电机组全负荷输出特性试验水电机组功率输出与导叶开度呈非线性关系。为消除这种非线性对应关系在稳定计算中的影响，求水轮发电机组全负荷输出特性，取用分段线性模型来描述，以尽可能减少种非线性对应关系在稳定计算中的影响。机组在额定水头下，确认机组稳定运行，各项安全措施均已到位的情况下，改变调速器开度从空载开度增加到额定负荷开度，按测点（8-10点）记录机组接力器开度及机组有功功率。备 注：金安桥水电站在机组投运期间，如因电厂水头未达到额定水头，而导致至机组无法带到额定负荷，则在电厂运行水头达到额定水头后安排一次动态向应检测试及负荷-开度关系试验曲线。4.2.3机组甩负荷试验试验条件：机组运行正常，调节控

20、制系统稳定，其它各项动态试验均已完成。试验方法：1） 机组先甩25%的额定负荷，测试记录试验过程、试验现象，确定没有问题后再进行下一次试验。2） 机组再甩50%、75%及100%额定负荷，测试记录试验过程、试验现象。3） 每次甩负荷时，机组带相应的稳定负荷，调速系统处于稳定状态。5、试验测点布置：（需厂家配合确定开出量）5.1电网频率：PT二次侧信号5.2机组频率：PT二次侧信号5.3频率偏差：调速系统AO输出信号5.4主环PID输出：调速系统AO输出信号5.5比例阀指令给定：调速系统AO输出信号5.6比例阀反馈输出：调速系统AO输出信号5.7主配压阀位移：调速系统AO输出信号5.8接力器行程：调速系统AO输出信号5.9导叶开度：调速系统AO输出信号或加装行程转感器5.10涡壳压力：压力变送器5.11尾水压力：压力变送器5.12机组功率：功率 变送器6、试验安全措施6.1、参加试验人员必须遵守电业安全工作规程。试验前，现场试 验负责人应向参加试验人员交代安全注意事项。试验过程中，参加试验人员须服从统一指挥。6.2、所有设备运行操作由运行值班人员执行，参加试验人员严禁操作运行设备。6.3 静态试验时需由