PCC2003调速器在贡川水电厂的应用

PCC2003调速器在贡川水电厂的应用温兴禄（福建省永安贡川水电站有限公司，366000）［摘要］贡川水电站采用PCC2003可编程调速器，型号为GLT-100-6.3,其充分考虑了PLC和IPC两种机型的优点，充分发挥了可编程计算机控制器（PCC）的技术特点，是总结了长控所双微机调速器和全可编程调速器的经验成果而研制的一类新型调速器。该系统运行稳定，为电厂的安全经济运行打下良好的基础。［关键词］PCC2003；可编程调速器；贡川水电厂；应用1概述贡川水电站位于沙溪流域，为低水头径流式水电厂。水库正常蓄水位157.5m。河床式电厂地面厂房内装有2台灯泡贯流转桨式水轮发电机组。单机容量21.5MW,电厂总装机容量为43MW，额定水头9.5m,额定流量为256m3/s，最大水头12.2m，最小水头6.1m。PCC2003可编程微机调速器是武汉长控开发出来的新一代调速器，它适用于大、中、小型混流、转桨、贯流、冲击式等水轮发电机组的自动调节与控制，额定工作油压为6.3MPa，主配压阀直径为100mm。它能使水轮发电机组在各种工况下稳定运行，实现机组的手/自动开停机、并网运行、调节机组负荷、事故紧急停机等。PCC2003水轮机调速器有自动、电手动和机械手动三种操作方式，具备转速、开度控制及功率调节、导叶电气开限、参数自适应、电力系统频率跟踪、在线自诊断、容错及故障处理等功能，能在现地和远方进行机组手/自动开停机和紧急停机，能以开关量接点和数字通讯方式接收监控系统的控制信号，并向监控系统实时传递来自调速系统的反馈信息。2功能和特点2.1本调速器具有如下功能2.1.1频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制。2.1.2频率跟踪：当跟踪功能投入时，机组频率自动跟踪电网频率，可实现快速自动同期并网。2.1.3自动调整与分配负荷:机组并入电网，调速器将根据其整定的bp值和电网频差，自动调整机组的出力。2.1.4负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能（A.G.C）。2.1.5开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作。2.1.6手动操作：具有电手动和机械手动操作功能，并可无条件、无扰动实现自动运行与手动操作的相互切换。2.1.7能采集并显示调速系统的主要参数，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出和调节器的整定参数等。2.1.8有完善的通讯功能，为电站监控系统设置了标准、可靠的接口，能方便地实现与上位机的通讯。2.1.9具有频率计的相关试验功能。2.1.10辅助实验功能：通过操作面板上的功能键和显示屏，可以很方便地完成空载摆动和静态特性测试实验。2.2本调速器的主要特点2.1.1可靠性问题PCC调速器的电气部分由PCC控制器、操作显示面板、各功能模块等构成，平均无故障时间可达50万小时即57年，因此具有比PLC调速器更高的可靠性。2.1.2测频问题a测频通道多PCC调速器有四路测频通道，可以用于①机组PT测频、②机组齿盘测频（两路）、③电网频率测量，因此测频容错能力强。b测频精度咼由于一般的微机测频都采用1M计数时钟，而B&R2003系列CPU的内部计数时钟10M左右。因此，PCC测频精度远比一般的微机测频精度高。c测频实时性强微机测频，由于PT的正弦波信号上半波与下半波的不对称性，为了保证测频的准确性，必须采用二分频，测量一个周期的脉宽时间，而PCC测频，是测量上升沿至上升沿的时间，无须进行分频，因此PCC测频的实时性比一般微机测频的实时性提高了一倍。d测频可靠性高设计四路测频，三路机频，一路网频。三路机频为：一路为机组残压PT信号，另两路为齿盘信号。此齿盘测频与PT测频互为备用，正常运行时，残压测频经与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器测频使用。当残压测频故障或比较结果超出范围时，用齿盘测频信号供调速器测频使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。这样通过多通道测频保证了测频的高可靠性。此外，PCC硬件的可靠性极高，测频计数时钟为PCC内部提供，并且由于在测频过程中没有采用分频，硬件电路更简单、更可靠，因此测频的可靠性极高。2.1.3在调节技术上，采用连续、实时、变结构、变参数的PID,积分分离等控制方法，根据机组特性与工况，连续、实时改变调节参数，确保系统稳定并具有良好的调节品质。2.1.4设有在线自诊断及处理功能，当系统故障时，调速器将自动转入手动工况运行，将负荷固定于故障前的状态。2.1.5自动化程度高，调速器设有开机、停机、发电、调相、增减功率操作回路，只需给调速器相应的操作指令，调速器便能自动完成上述操作，减少了与水机自动回路的联系。2.1.6良好的电磁兼容能力和现场总线全面支持技术，体现着世界工控领域的发展方向。2.1.7可以很方便地实现和上位机的通讯。PCC有自带的RS232接口以及用来扩展的CAN口，并且有用来进行远程通讯的RS485/RS422扩展模块。3主要技术参数3.1主要技术指标转速死区ix<0.04%静态特性曲线线性度误差£<5%随动系统不准确度ia<1.5%自动空载三分钟转速摆动相对值<±0.15%接力器不动时间Tqv0.2s平均故障间隔时间《50000h3.2主要调节参数整定范围比例系数Kp0.5〜20积分系数KI0.05〜10(1/S)微分系数KD0〜5(S)永态转差系数bp0〜10%频率人工死区Af0〜1.0%频率给定范围fG45〜55HZ功率给定范围PG 0〜120%4工作原理该调速器以奥地利贝加莱公司2003系列可编程计算机控制器、操作显示面板以及各功能模块为核心硬件，与接口功能板共同构成的高可靠性调节器。其主要功能是测量水轮发电机组的转速偏差，并将其按一定调节规律转换成控制导叶开度（和轮叶转角）的信号。4.1自动调节水轮发电机组有多种运行工况，不同的工况，需要采用不同的控制规律、控制结构和调节参数。控制规律的形成和系统结构的改变通过软件来实现。现在对该调速器各自动工况的工作原理简述如下：4.1.1智能化开机目前有很多微机调速器的开机过程仍和传统机械液压调速器以及模拟电调一样,当接到开机命令后，导叶接力器和电气开度限制均同步开启至第一开机启动开度，导叶接力器维持不动，机组开环启动。当机组频率大于45HZ后，则将电气开限关至空载开限位置，并投入PID调节，接力器在其控制下稳定于空载开度，开机过程结束，并转入空载状态。这种方式不能保证开机过程的整个环节全闭环，自动化水平不高。长控所研制的PCC调速器采用全闭环开机过程。当接到开机令后，闭环调节投入，将机组频率与频率给定值或电网频率相比较，进行PID运算和调节。同时设置两个开限，一个为机组启动开限，保证机组启动快速；另一个为空载开限，保证机组开机超调量小，甚至无超调量，快速并入系统。这两个开限由软件通过水头值和机组特性查表确定，也可由用户在操作显示面板上直接给定。导叶则根据PID运算的值控制机组直至额定转速。对于双调节型调速器，轮叶控制系统同样始终处于闭环调节状态。开机前，导叶开度及机组转速均为零，轮叶开至启动角，自动开机后，当机组转速上升到80%左右，根据协联关系，轮叶将自动关闭到零。特别提出的是，开机全过程实现闭环控制并且设有两个开限，这样可以实现机组开机过程快速稳定且无超调，方便机组快速并入系统。在机组开机过程和空载运行中，PCC调节器根据机组特征与工况，连续、适时改变调节参数，保证了机组并网前稳定运行，并具有良好的调节品质。4.1.2频率调节当调速器的频率调节为“频给”方式时，自动空载工况下的调速器受频率给定值控制，PCC调节器对机频与频给的差值进行PID运算，其输出信号经驱动装置调节导叶开度，直至机组频率等于给定频率,从而实现了频率调节，频率给定值可通过操作显示面板进行整定，也可按上位机或自动准同期装置的指令增、减。4.1.3频率跟踪当频率调节为“跟踪”方式时，调速器自动将网频作为它的频率目标值，与频率调节一样，在调节过程中，机组频率将始终以网频为调节目标，实现机组频率自动跟踪电网频率的功能。频率跟踪功能的投入与退出可以在操作显示面板上手动设置。4.1.4并网当发电机出口断路器合闸后，其辅助接点返回一对常开接点给调速器，则调速器判断机组处于并网状态。调速器接到并网令时，切除微分调节，投入人工失灵区和永态转差系数。4.1.5功率调节机组并网后，频给自动整定为50Hz,bp置整定值，实现有差调节，切除微分作用，并投入人工失灵区。导叶开度根据整定的bp值随频差变化，并入同一电网的机组将按各自的bp值自动分配功率。当上位机或机旁的增、减功率按钮发出增、减负荷命令时，功率给定软件就相应改变功率给定值，功给信号一方面通过前馈回路直接叠加于积分输出值，一方面与积分输出值相比较，其差值通过bp回路调整功率。由于前馈信号的作用，负荷增减较快。4.1.6手动设置水头当有水头信号参与调节计算时，调速器采集4—20mA的水头信号，通过A/D采样计算，得到适时的水头信号（即自动水头信号）。当水头信号回路出现故障时，调节器能够自动识别，并且允许在操作显示面板上手动设置水头值。手动设置水头功能的投入与退出可以在操作显示面板上手动设置。4.1.7自动停机调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与闭环开机的过程类似，机频与频给的差值通过PID运算后，其输出信号经驱动装置控制导叶使机组关机，直至机频为零。4.2手动操作手动操作是可编程计算机调节器或驱动电路故障后的操作方式。此时，调速器切为手动工况，手动增减操作，即可带动机械液压随动装置，控制机组开、停或增减负荷。4.3手动自动切换导叶控制部分手动和自动的相互切换可做到无条件、无扰动地进行。自动运行时，当电气部分发生故障，驱动装置的控制信号将自动被切断，调速器无扰动地自动转为手动运行,无需人为切换。必要时，也可进行手自动切换操作，将调速器切为手动运行。手动运行时，可编程计算机调节器能自动采集反馈信号（相当于导叶接力器开度信号），并使调节器的输出与其相等。因此，只要电气部分正常工作，即可做到将手动工况切换至自动工况，接力器不会产生摆动。各参数如下：E——人工失灵区Bp-----永态转差系数P 比例系数I 积分系数D---…微分系数YK调节输出L---…电气开限Y -调节输出6整体评价该PCC2003型调速器投运后系统运行可靠，满足国家相关技术标准，极大地提高了系统运行的稳定性和可靠性，在机组开、停机，负载调节、水机事故处理中经受了考验。经过四年的运行考验，表现出良好的性能，运行人员操作简单，维护量小,减轻了运行人员的劳动强度，真正实现了“无人值班、少人值守”的要求，但也存在以下不足：尚未将水头信号引入调速器采集回路，使系统无水头自适应功能，造成高水头运行时可能出现过负荷运行工况，低水头时会出现开机过程中导叶开度不够，机组转速上升慢甚至达不到额定转速，并影响机组并网时间。因此需要将水头信号接入调速系统，使其能够根据水头高度的变化自动调