水利工程論文-數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器在漾頭水電站的應用.doc

水利工程論文-數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器在漾頭水電站的應用摘要：數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器是國家科技部創(chuàng)新基金支持項目，電氣部分以PCC可編程計算機控制器為核心，軟件采用高級語言；電氣液壓轉(zhuǎn)換部件采用電磁球閥，機械放大元件采用二通插裝閥，采用無杠桿，無明管路結構。實際應用結果表明，該型調(diào)速器調(diào)試簡單，維護方便，具有先進的技術性能和高可靠性。關鍵詞：智能調(diào)速器PCC數(shù)字閥電磁球閥插裝閥1前言漾頭水電站位于貴州省銅仁市附近，裝機容量為2X8000KW，水輪機為軸流轉(zhuǎn)槳式，設計水頭為18M。原調(diào)速器為某廠生產(chǎn)的模擬電液調(diào)速器，機械控制部分采用電液轉(zhuǎn)換器，二級放大部分采用主配壓閥，接力器與主配壓閥開環(huán)無反饋；在電氣上采用模擬電子調(diào)節(jié)器，抗干擾性能差；自動運行時，常誤動作。自投入運行以來，隨著長時間的運行，機械的磨損，電氣分立元件的老化嚴重地影響機組的安全運行。原調(diào)速器存在的主要問題是：1.1)抗卡阻效果差。調(diào)速器對油質(zhì)要求較高，?？ㄗ?，不能保證長期自動運行。2.2)運行操作不方便。由于機械磨損主配壓閥滲漏造成接力器漂移，且手動運行時無反饋，運行人員總要不斷的調(diào)整，勞動強度較大。3.3)抗干擾能力差。任何電磁干擾都可能造成調(diào)速器誤動作。4.4)檢修維護不方便。調(diào)整環(huán)節(jié)太多，每次檢修后，僅調(diào)整各個節(jié)流閥就需要幾天時間。2改造方案針對漾頭水電站的具體情況，擬定如下改造方案：方案一.用ZFST100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器整機替換原調(diào)速器。采用機電合柜形式。方案二.保留原調(diào)速器主配壓閥，去掉原調(diào)速器中除主配壓閥以外的其他部分，采用步進電機替代電液轉(zhuǎn)換器，采用PCC可編程智能調(diào)節(jié)器替換原模擬電子調(diào)節(jié)器。采用機電合柜形式。由于主配壓閥的結構形式為滑閥，主配壓閥活塞與襯套之間的間隙所造成的滲漏就不可避免，為了減少主配壓閥活塞與襯套之間的滲漏，就要在主配壓閥活塞閥盤與襯套與窗口之間加大搭疊量，而搭疊量加大了調(diào)速器機械死區(qū)。由于主配壓閥活塞與襯套之間的間隙所造成的滲漏不可避免，因此在手動運行時就需要機械反饋來補償，否則，接力器就要漂移。由于漾頭水電站原調(diào)速系統(tǒng)沒有采用機械反饋。因此，在設備改造時，必須采用無鋼絲繩反饋（或杠桿反饋）結構，只采用電氣反饋。如采用方案二即保留原調(diào)速器主配壓閥，手動運行時溜負荷。由于溜負荷，增加了運行人員的勞動強度。而采用方案一數(shù)字閥調(diào)速器則能解決這一難題。綜上所述采用方案一最為理想。為了適應機組安全穩(wěn)定運行要求，實現(xiàn)水電站“無人值班”（少人值守），銅仁市地方電力公司漾頭水電站經(jīng)過調(diào)查研究，選用天津市科音自控設備有限公司研制的新一代調(diào)速器：ZFST-100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器，對原調(diào)速器進行了整機更換改造，率先實現(xiàn)了在軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組上應用數(shù)字閥+可編程計算機控制器的智能調(diào)速器。3數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器結合水輪機調(diào)速器的特殊性，ZFST-100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器，選用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程控制產(chǎn)品PCC，即從貝加萊公司（B&R）進口的可編程計算機控制器B&R2003。它面向自動化過程，而不是面向繼電器邏輯電路仿真，這就是B&R2003的理念。PCC代表著一個全新的控制概念，它集成了可編程邏輯控制器(PLC)的標準控制功能和工業(yè)計算機的分時多任務操作系統(tǒng)功能。它能方便地處理開關量，模擬量，進行回路調(diào)節(jié)。并能用高級語言編程，具備大型機的分析運算能力。其硬件具有獨特新穎的插拔式模塊結構，可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴展和組合。軟件也具備模塊結構，系統(tǒng)擴展時只需在原有基礎上疊加運用軟件模塊。CPU運行效率高，用戶存儲器容量大。這些優(yōu)越性都為智能式水輪機調(diào)速器提供了強有力的資源保證。在電氣機械轉(zhuǎn)換方面，采用電磁球閥替代電液轉(zhuǎn)換器；在放大級采用二通插裝閥替代主配壓閥。調(diào)速器從總體上降低了對油質(zhì)的要求，從根本上避免了電液轉(zhuǎn)換器發(fā)卡的弊病。由于數(shù)字閥技術是采用高速電磁球閥為先導閥，以二通插裝閥為主閥，而且插裝閥的密封形式為錐閥，因此數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能，有效地避免了接力器的漂移，因此主接力器無需機械反饋。所以數(shù)字閥調(diào)速器在漾頭水電站的應用，可以以最小的改動，達到整機改造的目的。由于該系統(tǒng)的先導電磁球閥又具有手動閥及事故閥的功能，減化了調(diào)速器內(nèi)部結構，從結構上減化了整個調(diào)速系統(tǒng)。所以該型調(diào)速器實現(xiàn)了真正意義上的無杠桿，無管路；在結構上采用集成塊的形式，外形簡潔明快，可靠性極高，性能優(yōu)良。由于無需機械反饋，該型調(diào)速器在機組的布置上可不受任何限制，廠房整齊，美觀。3.1主要特點1)全新的控制理念。采用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程計算機控制器-PCC，面向控制過程，能采用高級語言，分析運算能力強，在同一CPU中能同時運行不同程序。程序運行時僅掃描部分程序，效率很高。2)全PCC化，具有極高的可靠性。從輸入到輸出,從測頻到控制脈沖等各環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了PCC化。PCC的平均無故障時間MTBF高達50萬小時，即57年。常規(guī)PLC的平均無故障時間MTBF為30萬小時。3）多任務的優(yōu)點。在傳統(tǒng)PLC中，并行處理是靠程序掃描來完成的。但事實上多任務才是并行處理的邏輯表達式，更簡單直接的方法就是采用多任務技術。PCC恰恰可以滿足這種需求，當某一任務在等待時，其他任務仍可繼續(xù)執(zhí)行，非其他常規(guī)PLC可以比擬。4）智能型調(diào)速器。采用自適應式變結構，變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)。自動識別電網(wǎng)的性質(zhì)，并自動適應電站的各種特殊運行方式，如孤網(wǎng)運行，及由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩(wěn)定運行。人性化設計，具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能。5）采用PCC高速計數(shù)模塊(HSC)測頻。PCC高達6.3MHz的計數(shù)頻率，具有很高的測頻精度和可靠性，從而使調(diào)速器的輸入通道測頻環(huán)節(jié)的可靠性有了根本的保證。6）由PCC實現(xiàn)信號綜合及控制脈沖的輸出。調(diào)節(jié)器的電氣開度（數(shù)字信號），和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接力器實際位移由PCC內(nèi)部進行綜合比較，輸出控制脈沖信號，經(jīng)功率放大后，直接驅(qū)動先導電磁閥。充分發(fā)揮了PCC多任務的功能。7）聯(lián)網(wǎng)方便。具有RS232或RS485通訊接口，可以方便地實現(xiàn)人機對話，及與上位機通訊，提高電站的自動化水平。8）調(diào)節(jié)模式靈活?？蓪崿F(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，開度調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)，并可實現(xiàn)調(diào)節(jié)模式間的無擾動切換。9）PCC的大內(nèi)存，為智能型調(diào)速器提供了資源保證。用戶內(nèi)存：1.5MBFLASHPROM，遠大于常規(guī)PLC10KB左右的內(nèi)存。10)采用電磁球閥做為電液轉(zhuǎn)換元件。徹底解決了常規(guī)調(diào)速器電液轉(zhuǎn)換元件油污發(fā)卡的問題，使電站可以實現(xiàn)完全可靠的自動運行。11)可以適應電站的各種特殊運行方式。如孤網(wǎng)運行，及由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩(wěn)定運行。12)具有故障鎖錠的功能。由于數(shù)字閥只有通/斷兩個狀態(tài)，且數(shù)字閥采用錐閥密封可以保證在31.5MPa下無泄漏，所以，數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能，因此該系列調(diào)速器在測頻信號消失及斷電等情況下，具有故障鎖錠的功能。13)無杠桿結構。該系列調(diào)速器采用了數(shù)字閥液壓隨動系統(tǒng)，自動時有電氣返饋，手動無需反饋，因此取消了杠桿，消除了因為杠桿造成的死區(qū)，提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度，而且無管路，結構簡單，美觀。14)友好的人機界面。采用觸摸屏做為人機界面，畫面美觀逼真，全中文顯示，操作方便，可以同時顯示很多信息。15)維護簡單調(diào)試方便。由于PCC的高度集成化和高可靠性，對于運行維護人員沒有太高的特殊要求，調(diào)試只需設定有關數(shù)字，沒有太多的電位器等可調(diào)元件。16)采用數(shù)字協(xié)聯(lián)方式。槳葉隨動系統(tǒng)準確度高。17)零擾動手/自動切換。由于自動運行時，電磁球閥每次動作后都處于失電狀態(tài)；而切斷電源即為手動運行。手動運行時，電子調(diào)節(jié)器跟蹤接力器的實際開度。因此數(shù)字閥調(diào)速器實現(xiàn)了零擾動手/自動切換32主要功能ZFST-100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器具有自動、電手動、手動三種操作方式，且可無條件無擾動切換。具有很多功能，實用性智能性很強，除常規(guī)功能外具有如下主要功能。1）空載運行時，能自動跟蹤系統(tǒng)頻率,實現(xiàn)快速并網(wǎng)。2）具有頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)三種模式，并可實現(xiàn)調(diào)節(jié)模式間的無擾動切換。功率調(diào)節(jié)模式下，可接受上位機控制指令，實現(xiàn)發(fā)電自動控制功能(AGC)。3）具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能，并可將有關故障信息顯示在屏幕上，或發(fā)出報警信號。4）與上位機通訊的功能，接受上位機的控制命令，給上位機傳送有關信息。5）開停機智能控制。6）具有參數(shù)記憶功能。當電源失電時，PCC可保存數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容，使運行人員可以方便地修改有關參數(shù)并被記憶。7）具有水位調(diào)節(jié)功能。8）多級密碼保護功能。持有密碼級別的高低，決定了對系統(tǒng)行使權