锦屏14X600MW水电站调速系统设备技术方案

1、特大型水轮机调速器技术方案 武汉三联水电控制设备 .特大型水轮机调速器技术方案 第一部分：总体构造第二部分：特征控制1、三段等加速度开机2、加强PID3、本机测频算法4、一次调频5、功率调理第三部分：油压安装.第一部分：总体构造调速器由电气调理系统和机械液压系统两大部分组成。电气调理系统以德国西门子SiemensS7-400系列PLC为控制中心构成，采用双机冗余构造，主要采集水轮发电机组的运转数据、接纳来自机组控制系统的命令，并对各数据和命令进展分析和运算，产生控制信号控制机械液压系统，完成对水轮发电机组的开机、停机、紧急停机、增减负荷、频率调理和功率调理等操作。机械部分主要包括两套互为热备用

2、的比例伺服阀、冗余构造的电液转换机构、机械手动操作机构、自动复中安装、主配压阀、紧急停机电磁阀等组成无明管、无杠杆、静态无油耗、切换无扰动、直连构外型的机械液压随动系统。可编程控制器、HMI显示屏、空开指示灯等采用德国西门子公司产品。伺服比例阀、紧急停机电磁阀和液控换向阀采用德国REXROH 公司产品。.电气部分电气控制柜配备含触摸屏的面板的柜门，以便进展参数调理和设备维护电缆和管道入口布置在控制柜的底部。仪表和控制设备布置在控制柜的前面板上，以便监控和操作。 调速器控制柜可以包容调速器的一切电气部件，包括衔接外部系统的端子或接口设备。 调速器控制柜尺寸：8006002260mm调速器的机械液

3、压部分布置在油压安装回油箱上。.控制器规格S7- 400 PLC是基于PROFINET CPU的带有全新性能特征的新一代硬件，具有更高的运算及通讯速度。 1.3.1 CPU技术特点 设计：S7-400 采用模块化构造设计。各种单独的模块之间可进展广泛组合以用于扩展。扩展：假设用户的自动化义务需求多个中央控制器时，可对S7-400 进展扩展， 最多21 个扩展机架:.人机界面采用10.4“TFT真彩高清液晶触措屏用为人机界面，人机界面除了常规的显示操作外，还具有参数设置、缺点分析、事件记录、在线实验、在线协助等辅助功能。该HMI含有对发电机组控制和调理的重要参数特征，具备 动态图表 报警显示 过

4、程可变趋势 变卦设定值及 控制形状显示 HMI访问平安性 .机械部分系统构造机械部分由比例伺服阀比例伺服阀机械手动组成机械冗余构造。比例伺服阀为电液转换元件，将电气信号变成接力器行程，当比例伺服阀转换器1作为主用时，比例伺服阀转换器2作为备用，假设电气控制部分检测到作为主用的电液转换环节出现卡阻拒动时，电气部分将自动切换到另一路电液转换环节 .阀套与阀芯的热处置方法时，都采用高硬度，即硬对硬组合，静止件阀套内孔硬度为HRC58-62；运动件阀芯外圆硬度为HRC60-64。由于阀套与阀 芯的滑动配合面采用硬对硬组合， 在配合面为小间隙高硬度情况下， 杂质无法进入配合间隙，即使小杂质进入，也会逐渐

5、被碾碎, 不会嵌入配合外表。.比例伺服阀具有以下主要特点： (1)精度高、动态呼应好 (2)驱动功率大 3 构造合理.主配位置传感器采用德国BOSCH产的差动变压器型的位置传感器，此传感器精度高，输出信号无漂移，是非接触的无磨损寿命元件.三段等加速度开机方式调速器的自动开机同期转速控制采用按预先设定的开机曲线和分段PID调理的方式进展闭环控制，不需求根据水头设定严厉的空载开度和开机启动开度等值，在恣意水头的情况下有一样的快速开机同期过程。有多种加速度速率可调的闭环自动开机过程 发出开机令之前，或从开机令发出到转速信号有效这段时间内，转速给定值均跟踪实践的转速；一旦转速信号有效，就由空载转速PI

6、D算法控制。一进入空载转速PID控制，转速给定值就以速率12 Hz3 Hz添加，同时空载转速PID算法控制机组实践转速以一样速率上升；到速率2切换点42.5Hz，转速给定值就以速率21 Hz)添加，同时空载转速PID算法控制机组实践转速以一样速率继续上升；到速率3切换点47.5Hz)，转速给定值就以速率30.5Hz)添加，同时空载转速PID算法控制机组实践转速以一样速率继续上升；直到转速给定值添加到50.25Hz，自动开机过程就完成。但这种开机方式对齿盘测频的精度要求很高，由于整个过程它都要监视频率，并根据实测频率改动开机速度，而残压测频在低转速下经常测得不准或根本测不到，这时测频主要就是齿盘

7、测频方式。假设齿盘频率也不稳，即长时间内测的频率偏低，会使开度开的很大，实践频率升得过快，过高。就会导致开机过程动摇很大 .加强PID算法 上式中i10,当输入偏向变化比较快时，比例和微分作用正常投入调理控制，随着调理的进展，输入偏向的变化比较缓慢时，在相邻的两个采样周期下被调理量的偏向之差在数值上几乎等于零，此时比例和微分几乎不参入调理了，而仅靠积分环节来调理就降低了动态性能。 .加强PID算法 加强PID算法的精华主要是在PID上添加了延续调理的PD环节。将延续十个周期采样的被调理偏向放入一个数组，得到十个被控制偏向值F，即F(K), F(K-1), F(K-2) F(K-9)。在数组中同

8、时记录了偏向的正负标志和偏向的周期数，当检测到当前偏向值与上周期偏向值相等时，选择数组中与当前偏向符号一样的最大偏向值数组中的最大偏向值被限制在某一范围之内，并根据最大偏向的周期数相应改动微分时间常数T1v和偏向的丈量周期进展PD调理。调理完成后在数组剔除此偏向值。这样就防止了在被调理量偏离目的值，但偏向变化缓慢时，比例和微分通道几乎不起作用的景象。 .调速器频率转速丈量 频率丈量方式为PT残压齿盘冗余式调速器具有3路频率丈量回路，每路测频范围0.5Hz120.000Hz，测频采用的时基125ns，测频精度到达0.0003125Hz PT测频 由机组电压互感器PT送来的机频经调速器测频回路隔离

9、、限幅、整形后的方波信号送到调速器高速输入端，根据PLC或者PCC本机测频原理进展PT频率丈量齿盘测频双电磁式接近开关方式：为提高齿盘精度，齿盘测速设计为双电磁式接近开关，用于消除由于大轴摆度和震动、以及齿盘加工精度的误差呵斥测频信号的精度下降。双传感器信号经过整形隔离后，同时送到调速器供测频运用。两个传感器经过齿盘同一个边的时间差，只与齿盘旋转的线速度有关，而与齿盘的加工精度、摆动、振动无关，齿盘测频经过丈量两个传感器的上升沿的时间，计算出频率，提高了齿盘测频的精度。互为备用单电磁式接近开关方式：假设双接近开关方式任务时其中一个接近开关缺点它自动切换到单接近开关齿盘测频方式。单接近开关方式我

10、们在调速器内部采用了对单接近开关所丈量的机组转速用一个抛物线函数进展描画，将函数带入调速器PID运算效果良好。.调速器内部计算值的高精度算法 为了方便触摸屏编程，普通调速器内部计算值的算法为：50HZ对应频率计算值10000的算法，相当于测频精度为0.005Hz 。50HZ对频率计算值50000的算法；相当于测频精度为：0.001Hz；普通算法中，当频差变化0.005Hz时，频差计算值有1个数值的变化，才干对控制输出产生改动，在频差变化小于0.005Hz时，机内计算值没有变化，故不会引起控制输出的改动。而采用高精度算法后，频差改动0.001Hz时，PID计算值就会产生相应的改动。由此可以得出在

11、高精度的算法中，被控机组频率或电网频率的微小变化如0.001Hz，经过调速器PID运算便能使输出值产生相应的变化。提高了控制精度和频率小偏向变化的调理才干。更有利于改善动态的调理质量和负载一次调频和小网运转才干。.一次调频一次调频和二次调频的根本概念 一次调频就是由发电机组调速系统的本身频率/功率特性对电网的控制，它主要是由发电机组调速系统的静态特性和动态调理规律来实现的；二次调频就是由发电机组调速系统以外的设备向机组调速系统下达相应机组的目的功率值，从而产生电网范围内的功率/频率控制。它主要是由电网自动发电控制系统AGC来实现的。 发电机组调速系一致次调频静态特性机组原始工况：静特性曲线1(

12、Pc1)上A点：机组目的功率Pc1；机组实践功率P1；机组频率f1；调速系统调差系数ep速度变动率。电网发生功率缺额，折算到机组的功率缺额：P3P1；1.一次调频作用：电网功率缺额，引起电网频率降低，假设不进展调理，发电机组调速系统那么按静特性曲线1Pc1，频率应降至f3，各机组根据频率偏向进展一次调频，使机组增发了功率Pf=P2P1，电网频率为B点f2。虽然该机组与电网上其它机组一同进展了一次调频，但电网频率为f2，不能够恢复到扰动前的f1。2).二次调频作用：假设电网二次调频将该机组的目的功率由Pc1修正为Pc2，那么机组调速系统静特性由特性曲线1Pc1变为特性曲线2Pc2。最后的调理结果

13、为特性曲线2Pc2上C点：调速系统调差系数速度变动率ep、机组目的功率Pc2、机组实践功率P3、机组频率f1；电网的功率缺额得以补偿，系统频率也恢复到扰动前的数值f1。电网在负荷扰动后，电网频率产生偏向，各机组的调速系统根据频率偏向f和功率调差系数ep进展一次调频，在15以内的时间弥补了系统部分功率差值；在一次调频的根底上，电网AGC再经过二次调频重新修正相关机组的目的功率值。因此，调速系统经过两个信号输入端：频率转速输入端(一次调频)和机组目的功率输入端二次调频对电网的频率进展的调理，最终到达电网功率平衡和频率恢复规定的范围之内.水电机组调速器的一次调频功能的实现在调速器程序中设定了一次调频

14、公用的调差系数速度变动率、频率人工失灵区频率死区和PID参数，并且具有一次调频投入后调理范围的限制功能，能有效的抑制一次调频过程中机组有功功率的变化幅度，转速死区设定和PID参数的选择能确定当电网频率动摇机组由正常发电运转工况转换为一次调频工况运转的呼应时间及调理才干。调速器中仍能保管了频率调理方式和频率调理方式所对应的有关参数，不影响负载小电网和孤立电网的频率调理才干。一次调频的投入、切除可以在调速器触摸屏上密码人为操作设定。并且，当电网频率动摇机组由正常功率或开度方式转换为一次调频工况时，调速器输出无源接点信号到机组现地控制系统LCU。 .油压安装系统阐明 概述油压安装是向水轮机调速系统、机组自动化系统及元件提供平安、可靠和稳定的任务油液的液压能源安装，是整个调速系统的有机组成部分，其平安性、可靠性与调速器同等重要。因此其系统设计、构造设计以及元件的选用，都应特别注重。.油压安装系统设计 采用已有成熟运用阅历的插装阀技术，将液压插装与集成技术运用到油压安装中，采用两只二通插装阀加控制盖板分别替代卸载