水電廠自動控制系統(tǒng)

1、一、 水電廠自動控制系統(tǒng)概況水電廠自動控制系統(tǒng)采用全分布開方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)其水電廠生產(chǎn)設(shè)備分散布置的特點，整個監(jiān)控系統(tǒng)分為兩級即主控級（上位機系統(tǒng)）和現(xiàn)地控制單元級 （LCU）。主控級設(shè)有操作員工作站（冗余）、工程師站（兼仿真培訓(xùn)）、通信處理計算機、廠長終端等設(shè)備。現(xiàn)地控制單元級包括水輪發(fā)電機組、開關(guān)站、公用設(shè)備、主變、閘門等設(shè)備的控制裝置。監(jiān)控系統(tǒng)的功能可在監(jiān)控室內(nèi)全部實現(xiàn)，現(xiàn)地各LCU在主控層和網(wǎng)絡(luò)全部失效情況下也應(yīng)能獨立運行操作?，F(xiàn)地各LCU采用冗余設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議符合IEEE802.4Etheret標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計為總線式雙網(wǎng)，以利于功能擴展和網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用

2、光纖纜。技術(shù)要求：傳輸速率100Mbps，通信距離2000m，最大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點1024個。二、 水電廠主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)水電廠主要調(diào)節(jié)系統(tǒng)有：有功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、無功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、機組壓油裝置自動化系統(tǒng)、機組冷卻水系統(tǒng)、主變冷卻裝置自動控制系統(tǒng)、機組壓油裝置綜合自動化系統(tǒng)等。（一） 有功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)有功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括有功功率給定和有功功率調(diào)節(jié)兩部份組成。有功功率給定方式有：調(diào)度所給定，負(fù)荷曲線給定，或通過鍵盤在顯示器上實時設(shè)定等方式。調(diào)度所給定電廠有功功率有二種方式，即調(diào)度所給定全廠總功率，然后由電廠監(jiān)控系統(tǒng)分配到機組；或調(diào)度所直接給定機組功率。華東總調(diào)采用的是給定全廠總功率方式，以

3、便電廠根據(jù)機組的具體情況（如避開機組運行的振動區(qū)，功率上下限等）更合理地在機組間分配負(fù)荷，且容易采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣哂泄β实恼{(diào)節(jié)精度。例如，當(dāng)某臺機組因故不能及時響應(yīng)系統(tǒng)的給定功率變化時，則可在調(diào)節(jié)系統(tǒng)程序中增加積分環(huán)節(jié)，適當(dāng)選擇積分速率，即可自動調(diào)整功率給定值，將功率差值轉(zhuǎn)移到調(diào)節(jié)性能正常的機組上，從而滿足了系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的要求，提高了系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)品質(zhì)。浙江省調(diào)采用的是由省調(diào)直接給定機組功率方式，烏溪江水電廠和緊水灘水電廠參加AGC的機組有功功率直接由浙江省省調(diào)度所控制，但開停機操作是由電廠負(fù)責(zé)執(zhí)行的。當(dāng)現(xiàn)地控制單元級（LCU）即機組控制器接收到機組功率設(shè)定值后，由于新型的微機調(diào)速器調(diào)節(jié)品質(zhì)較

4、好，以PID調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)機組有功率即可達(dá)到較為滿意的效果。當(dāng)豐水季節(jié)水位較高時，為了防止棄水可采用負(fù)荷曲線給定運行方式，或通過鍵盤在顯示器上實時設(shè)定等方式給定機組功率。注：新安江水電廠的水輪發(fā)電機組經(jīng)華東電力試驗研究院改進(jìn)后，機組的振動區(qū)已不復(fù)存在，因此可在任何功率下長期運行。再也不用為了避開在振動區(qū)行運而較大幅度地在機組間進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移，從而使水電站的經(jīng)濟(jì)運行更為合理。改進(jìn)措施是：通過機組大軸中心孔進(jìn)行自然補氣，破壞尾水管渦流帶和尾水管的真空，從而消除了機組的振動區(qū)。附1：水輪機調(diào)速器簡介近十年來，我國水輪機電液調(diào)速器得到了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了多種類形的產(chǎn)品。從它的核心環(huán)節(jié)來說，電氣部份有嵌入工

5、業(yè)級微機（PC）和可編程序控制器（PLC）兩大類?，F(xiàn)代調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為調(diào)節(jié)器和電液隨動系統(tǒng)兩大部份。    1. 調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式（1）PLC模式PLC調(diào)節(jié)器一般都是單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。并且，PLC一般不會采用高檔的產(chǎn)品，因此解決不了頻率測量的精度和實時性問題。而是采用另加一個單片機完成測頻任務(wù)。PLC調(diào)節(jié)器的系經(jīng)結(jié)構(gòu)如下圖所示所示。（2）PC模式PC模式是指單系統(tǒng)模式的PC調(diào)節(jié)器，其系統(tǒng)如下圖所示。 （3）雙PC模式雙PC模式是指調(diào)節(jié)器采用兩套PC而輸出功放為一套，其系統(tǒng)如下圖所示。圖6-3 雙PC調(diào)節(jié)器框圖 （4）帶通信雙PC模式在雙PC

6、模式的基有礎(chǔ)上，使PC1與PC2之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了兩套PC之間的自動跟蹤，即所謂帶通信雙PC模式。其系統(tǒng)如下圖所示。            （5）雙PCS模式在雙PC模式上再增加一套輸出功放，則其輸入至輸出是完全獨立的兩套系統(tǒng)，稱之為雙PCS模式。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的簡化圖如下圖所示。                

7、   （6）帶通信雙PCS模式在雙PCS模式的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)兩系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通信雙系統(tǒng)之間實現(xiàn)自動跟蹤，即所謂帶通信雙PCS模式。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的簡化圖如下圖所示。                 （1） 帶通信雙PCS容錯模式全數(shù)字式的帶通信雙PCS容錯式調(diào)節(jié)器，其特點是：輸入端采用交流采樣測頻技術(shù)，反饋采用數(shù)字技術(shù)；而且在硬件和軟件上采用容錯控制技術(shù)和變結(jié)構(gòu)技術(shù)。     2.

8、 液壓裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 （1） 電-機式液壓隨動裝置 BDY-S型和STARS型兩種轉(zhuǎn)換裝置由步進(jìn)電動機、液壓缸和機械桿件組成；LAND型轉(zhuǎn)換裝置由稍大容量步進(jìn)電動機及絲桿組成；“長控”轉(zhuǎn)換裝置由力矩電動機和絲桿組成。這些轉(zhuǎn)換裝置的共同特征是：輸入是電位號，輸出是機械位移信號，無“復(fù)中”特性，是積分環(huán)節(jié)。它可以代替老式調(diào)速器中的電液轉(zhuǎn)換器和中間增力器，合二為一的裝置。由電機轉(zhuǎn)換裝置為核心的液壓系統(tǒng)必然是二級隨動系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式如下圖所示。它的第二級是機械液壓隨動系統(tǒng)。 （2）電-液式隨動裝置國內(nèi)開發(fā)的的HDY環(huán)噴式和DYS雙錐閥式兩種電液轉(zhuǎn)換器，其

9、抗油污能力相對于傳統(tǒng)老式調(diào)速器有所改善，但其頻率響應(yīng)性能尚不能令人滿意。與電機式轉(zhuǎn)換裝置相比，電-液式隨動裝置有它不可取代的優(yōu)點，因而新型電液轉(zhuǎn)換器件仍是開發(fā)新型液壓系統(tǒng)的主要方向。以電液轉(zhuǎn)換裝置為核心的液壓系統(tǒng)，目前都設(shè)計成一級隨動系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。 國內(nèi)于1994年首次開發(fā)了容錯電液一級式隨動系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式如下圖。 附2：步進(jìn)式水輪機調(diào)速器步進(jìn)式水輪機調(diào)速器是由步進(jìn)式電位移伺服系統(tǒng)，帶動液壓隨動系統(tǒng)，實現(xiàn)了對水輪機的控制。由可編程序控器和步進(jìn)電機組成的步進(jìn)式電位移伺服系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)的電液隨動系統(tǒng)，特別是取消了電液轉(zhuǎn)換器，因此消除了由于電液轉(zhuǎn)換器引起的一

10、系列問題。1 主要特點   （1）電氣回路中完全取消了電位器和繼電器，大大減少了接觸不良等不安全因素。電柜內(nèi)無功率放大器等模擬電路，避免了模擬電路存在的漂移，抗干擾性能差等問題。   （2）獨特的變速控制方式，具有自動檢測步進(jìn)電機失步等故障診斷處理功能。保證了整個系統(tǒng)的安全性和可靠性。    （3）具有頻率跟蹤、開度跟蹤和功率跟蹤的功能，保證了調(diào)速器手動自動無擾動切換，以及運行模式無擾動切換。   （4）自動按工況改變運行參數(shù)，調(diào)節(jié)平穩(wěn)，速動性好。   （5）采用梯型圖編程，使程序易懂

11、易讀，修改方便，用戶容易掌握。   （6）采用單片機測頻，線性好，精度高，速度快。   （7）當(dāng)電源消失時，調(diào)速器自動進(jìn)入手動運行方式，在手動操作前維持原有的導(dǎo)葉開度不變。   （8）手自動運行方式切換平穩(wěn)，無論是從手動運行方式進(jìn)入自動運行方式還是從自動運行方式進(jìn)入手動運行方式，都可隨意切換，而不必考慮開度限制是否處于限制狀態(tài)。（所有的切換工作都是在電路內(nèi)實現(xiàn)的，不會引起任何油壓波動和機械轉(zhuǎn)換）。   （9）取消了電液轉(zhuǎn)換器、手自動切換（電磁配壓）閥、增減（電磁配壓）閥等以及這些部件相應(yīng)的油管道。除了引導(dǎo)閥、主配壓

12、閥和緊急停機電磁配壓閥外，其它部件不用液壓油。   （10）簡化了開度限制機構(gòu)、簡化了杠桿、濾油器及柜內(nèi)的結(jié)構(gòu)。   （11）不需要高精度的油源，因此降低了對濾油器的要求（僅提供引導(dǎo)閥和緊急停機電磁閥的用油）；又由于采用了用刮片式濾油器，取消了濾油器切換閥，也完全省去了濾油器的日常清洗更換工作。由于步進(jìn)式電位移伺服系統(tǒng)采用了閉環(huán)控制，完全消除了丟步現(xiàn)象；又由于采用了步進(jìn)電機的變速控制方式，完全解決了步進(jìn)電機控制時速度與失步的問題。位移轉(zhuǎn)換裝置還設(shè)有純手動機械式超行程保護(hù)功能，防止傳感器斷線等意外故障時，絲桿卡死過載，損壞步進(jìn)電機。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能完

13、善、操作方便，性能好，可靠性高，維護(hù)和檢修工作量極小。   （12）采用交/直流雙電源或UPS供電方式，保證電源系統(tǒng)的可靠性。 2. 主要功能（1） 導(dǎo)葉、輪葉調(diào)節(jié)。（2） 手動自動開停機及緊急停機。自動開機時按水頭給定起動開度、空載開度。（3） 設(shè)頻率調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)三種運行模式。（4） 設(shè)頻率跟蹤、頻率人工死區(qū)。（5） 導(dǎo)葉、輪葉手動自動無擾動切換和調(diào)速器行運方式無擾動切換。（6） 水頭手動自動方式選擇；可通過鍵盤改變導(dǎo)葉給定開度、限制開度、頻率給定、功率給定值。（7） 遠(yuǎn)方現(xiàn)場、手

14、動自動負(fù)荷調(diào)整。（8） 電源消失時維持原有導(dǎo)葉和輪葉開度不變。（9） 機頻、網(wǎng)頻故障診斷及處理；AD、DA故障診斷及處理；反饋系統(tǒng)故障診斷及處理；步進(jìn)電機故障診斷及處理；   電源監(jiān)視及處理。（10）開度、頻率、功率實際值及給定值顯示；電氣開度限制值顯示；水頭給定及輪葉實際值顯示。（11）水頭、開度顯示自動復(fù)歸。各類故障及電源消失報警出口。3   主要技術(shù)數(shù)據(jù)（1） 主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)速死區(qū) ix0.05靜態(tài)特性曲線非線性度 5隨動系統(tǒng)不準(zhǔn)確度 is1.5自動空載轉(zhuǎn)速擺動相對值0.15甩25負(fù)荷接力器不動時間0.2S（2）

15、60;主要調(diào)節(jié)參數(shù)范圍  比例增益 Kp0.520積分增益 Ki0.0510 （1S）微分增益 Kd05S永態(tài)轉(zhuǎn)速系數(shù) Bp010頻率人工死區(qū) F±（00.5）Hz頻率給定 F04555Hz附3：國外引進(jìn)的水輪機調(diào)速器簡介1  二灘水電站雙微機調(diào)速系統(tǒng)二灘水電站位于雅礱江下游四川省攀株花境內(nèi)，電廠裝有6臺單機容量為550MW的機組，總裝機容量為3300MW，多年平均發(fā)電量為170億kw.h，是我國20世紀(jì)末建成投產(chǎn)的最大的水電站。二灘水電站6臺機組調(diào)速器電柜和機柜均由瑞士HYDRO VEVEY公司制造，金屬構(gòu)件部份（如集油槽、接力器等）由加拿大GE公司制造；雙微機

16、調(diào)速器的軟件和硬件均是瑞士HYDRO VEVY公司的產(chǎn)品，經(jīng)該公司系統(tǒng)設(shè)置、軟件開發(fā)后，成為歐式標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。調(diào)速器電氣控制柜安裝在發(fā)電機層單元控制室中。機械控制柜、壓油裝置布置在水輪機層。調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為雙徽機系統(tǒng)，由雙微機、雙總線、雙輸入雙輸出通道組成。實際上是兩套微機調(diào)節(jié)器，內(nèi)容完全相同而結(jié)構(gòu)完全獨立但互為備用的冗余系統(tǒng)。二灘水電站微機調(diào)速器具有多種功能和行運方式。主要采用的有開度控制、功率控制、開度限制控制、頻率跟蹤控制、頻率控制等，各控制方式均設(shè)置了單獨的控制軟件，能獨立地完成對機組的調(diào)節(jié)控制，且彼此既相互獨立，又相互聯(lián)系。（1）開度控制開度控制主要用于機組啟動、停止和并網(wǎng)后帶固定負(fù)荷。

17、機組并網(wǎng)后，調(diào)速器可在開度或功率反饋方式下，通過現(xiàn)地或遠(yuǎn)方調(diào)整負(fù)荷，也可以通過AGC的方式，根據(jù)預(yù)定的負(fù)荷曲線自動進(jìn)行調(diào)整。（2）轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制包括空載轉(zhuǎn)速控制、并網(wǎng)轉(zhuǎn)速控制和孤網(wǎng)轉(zhuǎn)速控制三種方式。1）空載轉(zhuǎn)速控制只有在發(fā)電機出口斷路器斷開時有效，它主要作用于機組的啟動并維持機組的轉(zhuǎn)速在額定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行。2）并網(wǎng)轉(zhuǎn)速控制只有在發(fā)電機并網(wǎng)時有效，以消除系統(tǒng)中的頻率異常（因為二灘水電廠機組容量大，并網(wǎng)時對系統(tǒng)影響也大）。3）孤網(wǎng)轉(zhuǎn)速控制為了承擔(dān)地方孤立負(fù)荷和應(yīng)急時系統(tǒng)負(fù)荷大波動而設(shè)置的控制方式，其運行條件是出口斷路器合上且頻率超過預(yù)定的偏差時（49.5Hz50.5Hz），自動投入，參與系統(tǒng)調(diào)

18、頻。并按照預(yù)定的機組調(diào)差率，消除轉(zhuǎn)速偏差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）功率控制當(dāng)發(fā)電機出口斷路器合上時才能實現(xiàn)功率控制，機組功率實發(fā)值與功率設(shè)定值相比較后決定機組負(fù)荷的增減，以維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。（4）開度限制控制它是作為所有控制方式信號的限值控制，當(dāng)任一控制方式的信號達(dá)達(dá)到限制值時，開度限制控制將自動投入，防止調(diào)節(jié)錯誤和失誤。該軟件中“開度限制點”單獨設(shè)置兩個，即啟動開度限制和開度限制。其內(nèi)部控制遵循“最小參數(shù)選擇”原則自動轉(zhuǎn)換；開度限制可以在機柜上調(diào)整，也可在電柜、觸摸屏和中控室調(diào)整，導(dǎo)葉開度限制器范圍是3 110。（5）頻率跟蹤控制頻率跟蹤控制實際上就是轉(zhuǎn)速控制，在機組啟動轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的2

19、5時，投入該方式，機組頻率將自動、穩(wěn)定地跟蹤系統(tǒng)頻率，以實現(xiàn)快速并網(wǎng)。當(dāng)機組頻率跟蹤到49.550.5Hz時（該范圍可調(diào)整）。同期裝置自動投入，并網(wǎng)后自動退出。     2  京南水電站微機調(diào)速系統(tǒng)京南水電站是一座低水頭徑流式中型水電站，裝設(shè)2臺單機容量為34.5MW的燈泡貫流式機組。以110kV電壓等級接入梧州市電網(wǎng)，以35kV接入地方電網(wǎng)，在梧州市電網(wǎng)中主要承擔(dān)基荷。由于地方電網(wǎng)容量較小，相當(dāng)于孤網(wǎng)運行，因此對運行的穩(wěn)定性有較高的要求。此外，由于徑流式水電站水庫庫容小，調(diào)節(jié)能力有限，因此要求調(diào)速器有良好的水位調(diào)節(jié)性能。VOITH公司生產(chǎn)的S

20、PSRS型調(diào)速器采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)形式，即調(diào)節(jié)器導(dǎo)葉電流隨動裝置，槳葉的控制為電氣協(xié)聯(lián)槳葉電液隨動裝置，調(diào)速器的大部分功能在電子調(diào)速器中實現(xiàn)。機械液壓部分的布置也很簡潔，沒有常規(guī)的機械液壓柜，大部份設(shè)備都布置在調(diào)速器的油箱上。（1）機械液壓部分機械液壓部分為模塊化設(shè)計，由壓油裝置和控制閥裝置兩大部分組成。壓油裝置提供操作用的壓力油，并對操作油進(jìn)行冷卻，加熱（如油溫低于18）和過濾?？刂崎y裝置的關(guān)鍵部件是電液伺服閥和控制閥。電液伺服閥把調(diào)節(jié)器輸出電信號放大成比例的液壓控制信號，再由該液壓信號去引導(dǎo)主控制閥動作，從而控制調(diào)節(jié)導(dǎo)葉和漿葉接力器開啟或關(guān)閉方向的進(jìn)出油，使導(dǎo)葉和漿葉的位置改變。控制閥裝置還有

21、一系列保護(hù)閥組，包括快速關(guān)閉電磁閥，緊急關(guān)閉電磁閥，過速繼動閥，最小壓力保護(hù)繼動閥，壓油罐液位過低保護(hù)繼動閥，手動快速關(guān)閉閥。其中電磁閥由機組控制系統(tǒng)的信號觸發(fā)，繼動閥則是在液壓系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)超過設(shè)定值時獨發(fā)，例如當(dāng)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值時，過速保護(hù)繼動閥動作，當(dāng)壓油罐內(nèi)壓力低于4.6MPa時，最小壓力保護(hù)繼動閥動作，當(dāng)壓油罐內(nèi)油位低于設(shè)定值時，液位過低保護(hù)繼動閥動作，以免壓縮空氣進(jìn)入控制油路，從而損壞電液伺服閥。手動關(guān)閉閥由運行人員在緊急情況下手動操作。這些閥組動作都通過導(dǎo)葉電液伺服閥頂部的伺服閥使導(dǎo)葉快速關(guān)閉。同時這些閥組動作后都有限位開關(guān)發(fā)訊到機組控制系統(tǒng)、以啟動電氣停機回路。電液伺服閥的控制油

22、路設(shè)有并聯(lián)的兩個過濾器，當(dāng)其中一個堵塞時，通過電接點報警；并設(shè)有壓力開關(guān)，當(dāng)壓力過低時動作于停機。主控制閥的操作油路上設(shè)有一個主油閥，在機組停機時關(guān)閉此閥以防壓油罐內(nèi)的壓力下降。（2）微機調(diào)節(jié)器 1）調(diào)節(jié)器的組成VOITH公司的SPSRS型微機調(diào)速器由兩套調(diào)節(jié)器組成。一套為自動調(diào)節(jié)器，另一套手動調(diào)節(jié)器。正常運行時采用自動調(diào)節(jié)器，手動調(diào)節(jié)器為備用。調(diào)節(jié)器具有自動跟蹤功能。當(dāng)自動調(diào)節(jié)器故障時，可以無擾動地切換到手動調(diào)節(jié)器。自動調(diào)節(jié)器是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字式調(diào)節(jié)器，手動調(diào)節(jié)器是模擬式調(diào)節(jié)器。自動調(diào)節(jié)器采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝在19機箱內(nèi)。核心部件包括：    

23、電源模塊；        開關(guān)量輸入模塊（2塊，32點）;    存儲器模塊；      開關(guān)量輸出模塊（2塊，32點）;    主處理0模塊；    導(dǎo)葉開度反饋（測量）處理模塊；    主處理1模塊；    模擬量輸入輸出模塊（8點輸入，4點輸出）；轉(zhuǎn)速測量模塊。各個模塊之間通過總線連接。存儲器模塊用于儲存用戶程序和動態(tài)數(shù)據(jù)

24、，配有EPROM和RAM，其中RAM有電池支持。該模塊還是總線管理器，對總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。處理器0是主處理器，它除了執(zhí)行部分控制計算外，還負(fù)責(zé)通信。處理器1是從屬處理器，它負(fù)責(zé)輸入輸出信號的協(xié)調(diào)和一部分控制算法。與機組控制系統(tǒng)的開關(guān)量聯(lián)系是通過開關(guān)量輸入板1和開關(guān)量輸出板1進(jìn)行的。與控制面板的開關(guān)量聯(lián)系是通過開關(guān)量輸入板2和開關(guān)量輸出板2進(jìn)行的。上下游水位、系統(tǒng)頻率、流量的測量是通過模擬量輸入出板進(jìn)行的。2）調(diào)節(jié)器的功能該調(diào)速器充分利用了微處理器的特點，將調(diào)速系統(tǒng)的功能設(shè)計得比較完善。其基本功能有：*  機組開機和停機控制；    

25、0;   * 轉(zhuǎn)速控制；*  功率控制；                  * 水位控制及成組調(diào)節(jié)；  *  電氣開度控制；              * 導(dǎo)葉和漿葉的電氣協(xié)聯(lián)。轉(zhuǎn)速控制的調(diào)節(jié)規(guī)律為PID，其參數(shù)會根據(jù)運行狀態(tài)自動調(diào)節(jié)。當(dāng)調(diào)節(jié)器處于其

26、他控制方式時，轉(zhuǎn)速控制器自動跟蹤當(dāng)前導(dǎo)葉的開度的轉(zhuǎn)差，以便再切換為轉(zhuǎn)速控制方式時能夠做到無沖擊。功率控制的調(diào)節(jié)規(guī)律為PI，也具有自動跟蹤開度的功能。水位控制功能能通過一個流量控制器來實現(xiàn)，設(shè)定上游水位值后，機根據(jù)來水水量的大小，自動調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開度，這個功能在京南水電站中有特別的意義。在汛期開始時，既要把保持壩前水位恒定（騰出水庫的庫容），又要盡量多發(fā)電（擔(dān)任基負(fù)荷）。此時，投入水位控制就可做到這一點。導(dǎo)葉的開度限制在調(diào)節(jié)器內(nèi)實現(xiàn)，它可根據(jù)不同的水頭自動調(diào)節(jié)限制值。開度限制可以以汽蝕限制線為原則，也可以以通過負(fù)荷限制線為原則。導(dǎo)葉和漿葉的協(xié)聯(lián)關(guān)系以一個三維曲組的形式儲存在存儲器中，根據(jù)不同的運行

27、工況，以插值法取用協(xié)聯(lián)數(shù)據(jù)，用以控制漿葉的進(jìn)度。除了基本的功能外，調(diào)節(jié)器還具有下列附加功能：* 延時關(guān)閉功能：如果兩個測速信號都消失，調(diào)節(jié)器可以模擬一個演示關(guān)閉過程，使停機過程盡可能接近正常停機過程。*  分關(guān)閉功能：突然甩負(fù)茄荷時分兩段關(guān)閉，兩段關(guān)閉的速度和轉(zhuǎn)折點事以在控制面板上設(shè)定；*  浪涌控制：當(dāng)機組突然甩負(fù)荷時，為了避免進(jìn)水口的水波動太大，關(guān)閉導(dǎo)葉之前先將獎葉多打開3°,并維持一段較短的時間，再慢慢地關(guān)閉到協(xié)聯(lián)開度。維持時間的長短和整個關(guān)閉時間都可在面板上設(shè)定，投入與否也可選擇。*  清污控制：機組關(guān)閉過程中，如果有異物夾在導(dǎo)葉之間致使導(dǎo)葉不能

28、全關(guān)，調(diào)節(jié)器將自動打開導(dǎo)葉，讓流水沖走污物，然后最關(guān)。*  流量和靜水頭計算：流量計算采用攔污柵后壓力與導(dǎo)葉前的壓力的差值來計算，同時還根據(jù)導(dǎo)葉和槳葉的開度和水頭，按水輪機特性曲線計算出一個現(xiàn)論值，如果壓差信號消失，則用此理論值于流量控制。靜水頭計算則用上下游水位減去一個隨流量變化的流道水頭損失而得。*  監(jiān)視功能：包括看門狗、轉(zhuǎn)速信號故障、導(dǎo)葉槳葉反饋故障、上下游水位信號故障、差壓信號故障等。*  診斷功能：包括在線自診斷和離線可編程診斷。（3）測速裝置轉(zhuǎn)速測量采用齒盤測速方法。測速齒盤安裝在管形座內(nèi)大軸上，設(shè)有兩個電氣上獨立的探頭，把轉(zhuǎn)速信號變成0400Hz的

29、脈沖信號，送入轉(zhuǎn)速測量模塊。該模塊是快速記數(shù)核塊，經(jīng)處理后形成數(shù)字量通過微處理器總線送入存儲器，并形成420Ma的輸出信號供表計顯示用。該模塊內(nèi)設(shè)有看門狗監(jiān)視和探頭故障檢測，出現(xiàn)故障時把故障信號送入微處理器。機組控制和勵磁系統(tǒng)控制以及電氣過速所需的電接點信號由微處理器產(chǎn)生，通過開關(guān)輸出量送出，可以通過控制面板方便地調(diào)整設(shè)定值。   （4）導(dǎo)葉和槳葉的反饋裝置導(dǎo)葉和和槳葉的反饋裝置為電氣反饋裝置，通過設(shè)在接力器上的角度電壓傳感器，把導(dǎo)葉和槳葉的開啟角度變成兩個400Hz、26V和11.8V的電壓信號，經(jīng)屏蔽電纜送入電調(diào)柜上的開度處理模塊，轉(zhuǎn)換為420Ma的信號，直接送至導(dǎo)葉和

30、槳葉位置控置器，與調(diào)節(jié)器輸出的開度設(shè)定值比較，同時用于儀表顯示。該模塊處理后形成的數(shù)字量送入微處理器，電微處理器對對輸入電壓進(jìn)行監(jiān)視，如低于或高于某一設(shè)定值，則發(fā)出開度反饋事故信號。如果開度設(shè)定值與實際反饋值之差超過5并持續(xù)10s（導(dǎo)葉）或20s（槳葉），則發(fā)出導(dǎo)葉槳葉控制事故信號。   （5）導(dǎo)葉和槳葉的位置控制器導(dǎo)葉和槳葉控制的開度設(shè)定值（420mA）信號最終送入位置控制器，與開度反饋值進(jìn)行比較后再進(jìn)行放大，并變換成一個直流電壓信號，用于驅(qū)動電流伺服閥。該直流電壓不調(diào)節(jié)時為2.5V3.0V（導(dǎo)葉）或1.5V2.0V（槳葉）。除了直流電壓外，位置控制器還輸出一個交流電壓，

31、附加在直流電壓信號上，以防動圈式電液伺服閥發(fā)卡。     3  小浪底水電站雙微機調(diào)速系統(tǒng)小浪底水電站是小浪底水利樞紐的一個重要的組成部份，位于河南省洛陽市以北40公里黃河中下游最后一段峽谷的出口處。小浪底水電站共有6臺單機容量為300MW的水輪發(fā)電機組，水輪機型式為主軸混流式，是河南省電網(wǎng)主力調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用電廠。這就要求調(diào)速器具有良好的動態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)。小浪底調(diào)速器是作為水輪機的附屬設(shè)備與水輪機一起全套從美國VOITHSIEMENS公司引進(jìn)的VGCR211型數(shù)字式微機調(diào)速器，調(diào)速系統(tǒng)包括電氣柜和液壓部分。調(diào)速器控制柜安裝在發(fā)電機層，機械液壓

32、操作部份布置在水輪機層；同時在回油箱的動圈放大器上有伺服系統(tǒng)，可以直接手動操作導(dǎo)葉。其相關(guān)參數(shù)如下：裝機容量：6臺×300 MW     工作水頭：71141 m額定水頭：112 m             額定流量：296 m3s機組轉(zhuǎn)速：107.1 rpm          額定油壓：6.4 MPa接力器行程：482 mm 

33、  （1）VGCR211型數(shù)字式微機調(diào)速器的主要特點    1）采用數(shù)字脈沖齒盤測速，簡單可靠且測速范圍大（0200）Ne。    2）調(diào)速器所用電源為雙電源，交流230V和直流220V，經(jīng)轉(zhuǎn)換為24V直流電壓。經(jīng)過二極管整流橋，使其電壓高的通過，從而實現(xiàn)無擾動電壓切換。如果一個電壓中斷，將發(fā)出報警信號；如果兩個電源全部中斷，將引起導(dǎo)葉關(guān)斷閥動作，機組事故停機。3）具有“速度控制”、“開度控制”、“功率控制”等功能，以適應(yīng)電站各種運行方式的需要。其中“速度控制”具有PIDP調(diào)節(jié)規(guī)律，“功率控制”具有PI調(diào)節(jié)規(guī)律。4）采用了與

34、“速度控制”、“功率控制”等控制方式相對獨立的可靠的電氣開度限制，保證機組的安全可靠運行。5）在微機程序中實現(xiàn)了“電網(wǎng)頻率跟蹤”的功能，保證了機組的快速同期并網(wǎng)。如果網(wǎng)頻信號超出某一設(shè)定值，將發(fā)出一個網(wǎng)頻故障信號，機組跟蹤網(wǎng)頻的值自動調(diào)整為額定頻率值。6）采用“孤立網(wǎng)控制”的方式，彌補了水電廠與電網(wǎng)聯(lián)系弱的缺點。   （2） VGCR211型數(shù)字式微機調(diào)速器的硬件結(jié)構(gòu)微機調(diào)速器的硬件包括可編程控制單元、現(xiàn)地控制盤、輸出放大器以及數(shù)據(jù)采集、信號分離和傳送所需要的外部設(shè)備。    1） 可編程控制單元可編程控制單元是以PCD4系列模塊為基礎(chǔ)，采用雙

35、PLC控制。雙PLC擁有完全相同的程序，PLC1為主PLC，PLC2為備用PLC。正常工作時主PLC控制，當(dāng)主PLC故障時，備用PLC自動無擾動地替換進(jìn)行控制。雙PLC的輸入信號是并行輸入，而輸出信號是靠繼電器接點轉(zhuǎn)換來決定的。應(yīng)用程序儲存在一個非易失性存儲器中，保證電源消失時，不會丟失任何程序。如果發(fā)生電源突然故障，存儲在隨機存儲器中的的數(shù)據(jù)將由備用電源保持，可保證不會丟失任何輸入的數(shù)據(jù)。    2）現(xiàn)地控制盤現(xiàn)地控制盤控制面板上的元件有兩類，一類用于信號顯示，主要有數(shù)碼顯示器和信號指示燈，用于顯示微機調(diào)速器的控制方式、運行工況（如機組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度和機組有功等

36、）；另一類用于操作控制，主要有鑰匙操作開關(guān)和按鈕開關(guān)（如遠(yuǎn)方現(xiàn)地切換、手動開機、手動停機、控制方式切換等）。    . 鑰匙操作開關(guān)鑰匙操作開關(guān)的作用，僅允許帶有鑰匙的指定入員進(jìn)行現(xiàn)地控制。    操作參數(shù)輸入在“參數(shù)輸入”位置，可以將轉(zhuǎn)速和開度給定值顯示器切換到“參數(shù)地址顯示”和“參數(shù)值輸入”，通過相關(guān)“+/-”按紐，可以改變和參數(shù)地址相對應(yīng)的參數(shù)值。正常運行時打到“操作”位置。    手動自動切換根據(jù)鑰匙操作開關(guān)位置，可以通過導(dǎo)葉開度限制機構(gòu)實現(xiàn)手動開機，或依據(jù)啟動開度，按轉(zhuǎn)速方式實現(xiàn)全自動開機。&#

37、160;   現(xiàn)地遠(yuǎn)方切換在“現(xiàn)地”位置時，可以通過控制盤上的按紐進(jìn)行操作，切至“遠(yuǎn)方”位置時，則相應(yīng)的遠(yuǎn)方控制輸入起作用。    給定值整定按鈕    轉(zhuǎn)速整定在現(xiàn)地控制方式下，控制盤上的按紐操作有效，轉(zhuǎn)速給定值可手動調(diào)整，其調(diào)整范圍為90 %110 %。與現(xiàn)地控制相平行，也可以通過遠(yuǎn)方控制輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)速給定值整定。    開度整定在現(xiàn)地控制方式下，開度給定值可通過相應(yīng)“/”按鈕，在0100范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。與現(xiàn)地控制相平行，也可以通過遠(yuǎn)方控制輸入進(jìn)行開度給定值整定。 

38、0;  功率整定在現(xiàn)地控制方式下，功率給定值可通過相應(yīng)“/”按鈕，在0350范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。與現(xiàn)地控制相平行，也可以通過遠(yuǎn)方控制輸入進(jìn)行功率給定值設(shè)定。 功能選擇按鈕功能的選擇是由瞬通按鈕中作發(fā)光二極管發(fā)出的信號顯示的。與這些操作相平行，也可通過遠(yuǎn)方控制輸入來選擇需要的功能。遠(yuǎn)方控制信號可以是脈沖信號或狀態(tài)信號，最小脈沖是0.2秒，選擇的功能被儲存直到相反的功能被選定。    開機按鈕當(dāng)開機準(zhǔn)備工作完備后，操作此按鈕，機組自動啟動。如果鑰匙操作開關(guān)的“手動自動”選擇開關(guān)處在手動位置時，也必須操作此按鈕，這樣可借助導(dǎo)葉開度限制機構(gòu)實現(xiàn)開機。 &#

39、160;  停機按鈕操作此按鈕，啟動自動停機程序。    并網(wǎng)運行按鈕當(dāng)發(fā)電機斷器合閘，且機組轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)時，調(diào)速器自動切換至并網(wǎng)運行。如果發(fā)電機斷路器合閘，且調(diào)速器由于機組轉(zhuǎn)速超出雞許范圍，而自動切換至孤立網(wǎng)運行，此時必須手動操作此按鈕，恢復(fù)到并網(wǎng)運行。只有當(dāng)機組在允許范圍內(nèi)時，這個切換才有效。    孤立網(wǎng)運行按鈕操作此按鈕，可將調(diào)速器運行方式切換到孤網(wǎng)運行，如果當(dāng)前運行方式為功率控制或開度控制，操作此按鈕，可以將運行方式切換到轉(zhuǎn)速控制。    轉(zhuǎn)速控制按鈕操作此按鈕，可將調(diào)速器運行方式

40、由功率控制或開度控切換到轉(zhuǎn)速控制。為了實現(xiàn)無擾動切換，采用一個跟蹤程序來決定轉(zhuǎn)速給定值，這個跟蹤程序是依靠計算實際轉(zhuǎn)速、實際導(dǎo)葉開度和永態(tài)轉(zhuǎn)差率來實現(xiàn)的。    功率控制按鈕這個按鈕啟動功率控制回路。在轉(zhuǎn)速控制或開度控制方式下，跟蹤程序根據(jù)實發(fā)功率值和調(diào)差率，連續(xù)不斷地算出功率給定值，以實現(xiàn)無擾動切換。    發(fā)光指示器調(diào)速器及其相關(guān)的傳感器以及模擬量信號的故障，可通過發(fā)光指示器顯示。主要有：速度傳感器故障、導(dǎo)葉位置傳感器故障、導(dǎo)葉位置控制環(huán)路故障、功率信號故障、功率設(shè)定值故障、PLC報警、過速故障、網(wǎng)頻信號故障、蠕動等。 

41、   數(shù)字顯示器三個控制回路（轉(zhuǎn)速、功率和開度）的給定值由數(shù)字顯示器顯示。這些顯示器通過PLC的二進(jìn)制串行輸出接收數(shù)據(jù)，且顯示的數(shù)值確切地代表了調(diào)速器計算出的數(shù)值，避免了模擬量輸出和數(shù)字電壓表的附加誤差。    緊急停機按鈕在事故和試驗的時候，可以手動按此按鈕，動作于關(guān)閉閥門并緊急停機。3）輸出放大器模塊輸出放大器模塊主要為驅(qū)動電液轉(zhuǎn)換器而提供的。在輸出放大器上，將開度給定值與實際導(dǎo)葉開度值相比較，根據(jù)兩者的偏差通過調(diào)整放大器的增益來操作動圈伺服閥。手動開度調(diào)節(jié)單元配置有可調(diào)電位器，在檢修期間和檢修之后，手動操作導(dǎo)葉開度控制，從而實現(xiàn)開環(huán)控制。

42、這個電位器安裝在輸出放大器上，控制的開度僅與電位器設(shè)定值有關(guān)，而與調(diào)速器設(shè)定值無關(guān)。在這種運行方式下，轉(zhuǎn)速控制、功率控制和開度控制均無效，正常運行時切到自動位置。4 附加裝置數(shù)據(jù)采集所需要的裝置 （轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉位置、功率）和用于信號去耦、匹配的緩沖放大器均布置在調(diào)速器柜內(nèi)。電子轉(zhuǎn)速檢測裝置單獨設(shè)置。導(dǎo)葉接力器配置的行程終端限位開關(guān)是軟件形式的開關(guān)。5 信號轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行信號交換，采用浮點聯(lián)接，模擬量輸入信號采用隔離放大器去耦。監(jiān)控系統(tǒng)傳送到調(diào)速器的信號也采用浮點型式。輸入信號的電絕緣對調(diào)速器也有影響。為與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，調(diào)速器配置了RS232通信接口和單獨的IO接口。調(diào)速器對同期裝置發(fā)

43、出的獨立的轉(zhuǎn)速增減命令將作出響應(yīng)。（3）VGCR211型數(shù)字式微機調(diào)速器的控制功能  小浪底水電廠主要采用轉(zhuǎn)速控制、開度控制、功率控制，各種控制方式均設(shè)置了單獨的控制程序，能夠獨立地完成對機組的調(diào)節(jié)控制，且彼此相互獨立，又相互聯(lián)系，其內(nèi)部控制遵循“最小參數(shù)選擇”原則。可以通過“遠(yuǎn)方”進(jìn)行選擇控制方式，同樣也可在“現(xiàn)地”位置通過控制屏上的按鈕手動進(jìn)行控制方式之間的切換。由于各種控制方式之間實現(xiàn)了信號有效跟蹤，所以控制方式之間切換能夠平穩(wěn)無擾動地完成。1）轉(zhuǎn)速控制轉(zhuǎn)速控制采用并聯(lián)PID控制方式，永態(tài)轉(zhuǎn)差bp為0100之間可調(diào)，bp取自積分環(huán)節(jié)之后以便有效消除積分環(huán)節(jié)引起的靜差。轉(zhuǎn)速控制共

44、有三套PID參數(shù)，第一套用于空載運行，第二套和第三套分別用于孤網(wǎng)和聯(lián)網(wǎng)運行。每套參數(shù)分別包括：永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：bp              暫態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)：bt緩沖時間常數(shù)：Td              微分時間常數(shù)：Tv微分增益：Kv 當(dāng)機組并網(wǎng)即發(fā)電機出口開關(guān)合閘后調(diào)速器自動選擇并網(wǎng)運行參數(shù)，調(diào)速器以并網(wǎng)運行方式工作。當(dāng)系統(tǒng)頻率超過2

45、額定頻率的變化范圍或當(dāng)機組從系統(tǒng)解列時以及調(diào)速器在操作員的干預(yù)下，調(diào)速器均可從并網(wǎng)狀態(tài)切換為孤網(wǎng)狀態(tài)運行。如果系統(tǒng)頻率又回到允許的范圍內(nèi)，則必須有操作員干預(yù)凋速器方可從孤網(wǎng)切為并網(wǎng)狀態(tài)運行。第三套參數(shù)（并網(wǎng)狀態(tài)）隨導(dǎo)葉開度的不同而變化，稱為自適應(yīng)參數(shù)。機組在調(diào)試時選擇幾個基準(zhǔn)開度調(diào)整為最隹參數(shù)，然后基準(zhǔn)開度間的的參數(shù)采用插入法計算自動適應(yīng)。調(diào)節(jié)器的輸出實行最小選擇，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)PID運算后與導(dǎo)葉開度或啟動開度作比較，較小的值作為導(dǎo)葉開度的設(shè)定值，送到綜合輸出放大單元與接力器反饋進(jìn)行比較。當(dāng)調(diào)速器不是以轉(zhuǎn)速控制方式運行時，轉(zhuǎn)速設(shè)定值按當(dāng)前實際轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度和永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)形成的功頻特性計算得出。這

46、樣當(dāng)調(diào)速器切換為轉(zhuǎn)速控制時可實現(xiàn)無擾動切換。2）功率控制功率控制是機組與系統(tǒng)并網(wǎng)時調(diào)速器的缺省運行模式，采用PI調(diào)節(jié)方式。功率設(shè)定值和功率實發(fā)值的偏差經(jīng)PI運算后作為導(dǎo)葉開度設(shè)定值送至綜合放大單元。由于積分環(huán)節(jié)的響應(yīng)速度較慢，為了達(dá)到功率設(shè)定的快速響應(yīng)，VGCR211調(diào)節(jié)器功率控制采用了一個與水頭有關(guān)的先導(dǎo)特性與PI調(diào)節(jié)迭加在一起作為調(diào)節(jié)器的輸出，先導(dǎo)特性定義了五個基準(zhǔn)水頭下不同負(fù)荷及異葉開度，調(diào)速器在運行時分別對水頭負(fù)荷及導(dǎo)葉開度進(jìn)行插值計算出適應(yīng)不同運行工況的參數(shù)。先導(dǎo)特性實際上是一個比例環(huán)節(jié)。當(dāng)機組負(fù)荷設(shè)定值變動時，先導(dǎo)特性迅速將導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)至大致位置，然后由積分環(huán)節(jié)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。此外，

47、調(diào)速器在功率控制時也可引進(jìn)頻差信號，監(jiān)視系統(tǒng)頻率，并在功率控制時對系統(tǒng)進(jìn)行二次調(diào)頻。為了防止機組并網(wǎng)后從系統(tǒng)吸收功率，調(diào)節(jié)器自動預(yù)置了一個在功率調(diào)節(jié)時可忽略的小功率設(shè)定值。3）開度控制開度限制開度控制開度限制實際上是將導(dǎo)葉開度設(shè)定值直接與導(dǎo)葉開度反饋值進(jìn)行比較，開度控制是機組在并網(wǎng)運行時的一種重要方式。當(dāng)機組由其他控制方式切至開度控制方式時，開度設(shè)定值等于當(dāng)前開度值（無擾動切換）。此時機組開度值按開度設(shè)定值調(diào)整，開度限制可在0100之間設(shè)定。它在任何控制方式下（包括機組啟動時）都能起限制作用。調(diào)節(jié)器的運算結(jié)果與開限值進(jìn)行比較，較小的值作為導(dǎo)葉開度設(shè)定值輸出到輸出放大器模塊（VCA1卡），當(dāng)開度

48、限制起作用時，可從調(diào)速器面板相應(yīng)的指示觀察到。4）機組的啟停和并網(wǎng)為實現(xiàn)機組迅速開機至空載轉(zhuǎn)速及減少機組在低轉(zhuǎn)速下的振動，調(diào)速器的開機按“先開后關(guān)”的規(guī)律先將導(dǎo)葉開至第一啟動開度，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至85額定轉(zhuǎn)速時，導(dǎo)葉再關(guān)回至第二啟動開度；啟動開度是關(guān)于水頭的函數(shù)，以小浪底水電廠6機為例，第一開度等于當(dāng)前水頭下空載開度再加15的空載進(jìn)度，第二開度等于當(dāng)前水頭下空載開度加上4的空載開度。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速在第二啟動開度下接近同步轉(zhuǎn)速時，調(diào)速器切為轉(zhuǎn)速控制。開機過程中調(diào)速器提供90和95額定轉(zhuǎn)速信號分別用于啟動勵磁系統(tǒng)和同期裝置。為了使機組快速并網(wǎng)，機組啟動時機組轉(zhuǎn)速設(shè)定為跟蹤網(wǎng)頻直至機組轉(zhuǎn)速達(dá)到90額定轉(zhuǎn)速。

49、當(dāng)轉(zhuǎn)速等于或大于90額定轉(zhuǎn)速時，進(jìn)行最后一次網(wǎng)頻測量；在機組轉(zhuǎn)速上升至接近轉(zhuǎn)速設(shè)定值(約小于最后一次網(wǎng)頻的0.1)并延時25秒后調(diào)節(jié)器才認(rèn)為同期裝置所發(fā)的增速減速脈沖有效，以防調(diào)節(jié)脈沖過早作用于調(diào)速器使機組不穩(wěn)而不利于并網(wǎng)。調(diào)速器接到停機命令時，首先導(dǎo)葉按一定的速率關(guān)至空載，然后導(dǎo)葉按最大速率完全關(guān)閉。當(dāng)調(diào)速器失靈時，可按下面板上設(shè)置的緊急停機按鈕使緊急停機電磁閥失磁切斷油路實現(xiàn)緊急停機。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速信號消失時，調(diào)速器可根據(jù)停機時間模擬機組轉(zhuǎn)速從而保證停機時正確發(fā)出應(yīng)投退制動的轉(zhuǎn)速信號。（4）凌津灘水電站微機調(diào)速系統(tǒng)湖南省凌津灘水電站安裝有9臺單機容量為30MW的燈泡貫流式機組，總裝機容量270

50、MW，年發(fā)電量12.18億Kw.h。1）調(diào)速系統(tǒng)的組成凌津灘水電站調(diào)速器系統(tǒng)采用美國WOODWARD公司的并聯(lián)微機型電液調(diào)速器，由電氣數(shù)字調(diào)節(jié)器和機械液壓控制系統(tǒng)組成。電氣數(shù)字調(diào)節(jié)器采用三機冗余CPU及單工IO。其主要控制功能有：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)、開度（水位）調(diào)節(jié)、蠕動零轉(zhuǎn)速檢測、導(dǎo)葉自動關(guān)閉控制、空載差頻控制、電液轉(zhuǎn)換器故障診斷、導(dǎo)葉安全連桿控制、自動轉(zhuǎn)換為協(xié)聯(lián)關(guān)系及由于甩負(fù)荷而導(dǎo)致的最小化上游浪涌傾角控制、壓力油槽自動壓力控制、壓力油槽自動補氣控制和數(shù)字化協(xié)聯(lián)功能等。        頻率測量采用4路獨立的測速裝置，其中

51、兩路采用齒盤測速裝置主要是為了保證轉(zhuǎn)速95時測速的準(zhǔn)確性，提高抗干擾能力；另外兩路是PT測速裝置、當(dāng)轉(zhuǎn)速95時自動從齒盤測速方式切換到電壓互感器測速方式。調(diào)速器為雙調(diào)型，具有導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和漿葉調(diào)節(jié)兩部份，導(dǎo)葉漿葉反饋都是采用角度傳感器，分別經(jīng)導(dǎo)葉漿葉接力器位置變送器，將導(dǎo)葉漿葉的旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換成420 mA的電流信號。調(diào)速器接受監(jiān)控系統(tǒng)的開、停機的控制命令，自動實現(xiàn)機組的自動開、停機操作和增減負(fù)荷，調(diào)速器還具有手動操作和測試功能。2）調(diào)速系統(tǒng)的特點采用微機型計算機實現(xiàn)了水輪機調(diào)速器的數(shù)字調(diào)節(jié)與控制，具有很高的靜態(tài)精度與極小的轉(zhuǎn)速死區(qū)。PID調(diào)節(jié)規(guī)律由軟件實現(xiàn)，具有人工智能的調(diào)節(jié)模式，使調(diào)速系統(tǒng)總是在

52、最優(yōu)參數(shù)下運行，具有很高的動態(tài)穩(wěn)定性、速動性和及快速跟蹤能力。采用安全連桿控制方式用于判斷導(dǎo)葉是否被異物卡澀。安會連桿觸點正常時呈“常開”狀態(tài)，一旦個別導(dǎo)葉發(fā)生卡澀，其常開觸點閉合，安全連桿控制方式有效。同時，調(diào)速器作用于導(dǎo)葉從當(dāng)前位置再打開10mm，并保持180秒，然后回到原位置，判斷觸點是否已斷開，如此往返三次，如果觸點還未斷開則發(fā)出“剪斷銷剪斷”的告警信號。調(diào)速器在硬件上配備三機冗余CPU，具有抗干擾能力強，可靠高的特點。具有數(shù)字協(xié)聯(lián)技術(shù)，大大提高了水輪發(fā)電機組的發(fā)電效率。調(diào)速器與監(jiān)控系統(tǒng)之間的聯(lián)系是采用硬邏輯接線方式，調(diào)速器配置了開關(guān)量輸入輸出模塊，用于與監(jiān)控系統(tǒng)通信，并配置有模擬量輸

53、出模塊，將調(diào)速器采集的重要數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，保證了設(shè)備信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和快速性。完善的信息顯示及故障報警，有利于維護(hù)人員對調(diào)速器狀態(tài)的查詢并進(jìn)行維護(hù)處理，提高了故障的處理速度。調(diào)速器分兩步開機，第一步開機使導(dǎo)葉關(guān)閉電磁閥65GSDPA運行，給主配壓閥提供壓力油源，保證第二步開機時開啟導(dǎo)葉，啟動協(xié)聯(lián)時有足夠的油壓。（二） 無功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括無功率給定和無功功率調(diào)節(jié)兩部份組成。無功功率給定方式有：負(fù)荷曲線給定，或通過鍵盤在顯示器上實時設(shè)定等方式。依據(jù)調(diào)度所給定220kV（或500kV）的高壓母線電壓調(diào)節(jié)曲線給定的各時段功率因數(shù)值，系統(tǒng)可按等無功功率、等功率因數(shù)或其它準(zhǔn)

54、則，并考慮機組的限制條件，進(jìn)行機組間無功率分配，并確保工況轉(zhuǎn)換所造成的無功擾動盡可能做到最小。例如新安江電廠要求220kV母線的電壓保持在244kV至204kV范圍內(nèi)，且機組間無功應(yīng)均衡分配。附1：靜止整流自并勵勵磁系統(tǒng)靜止整流自并勵勵磁系統(tǒng)，既取消了勵磁機，又不需要配置電流大、制造和布置均較困難、容易產(chǎn)生過電壓的串聯(lián)變流器和變壓器。具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、制造和布置方便、運行可靠性高、價格低的優(yōu)點。同時，勵磁調(diào)節(jié)速度快，能夠提供很高的勵磁頂值電壓。過去人們一度擔(dān)心這種勵磁系統(tǒng)在機組近端三相短路時，強勵能力會消失或減弱，可能影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和機組后備保護(hù)動作的可靠性。然而大量的研究分析和實際

55、運行經(jīng)驗證明：1 在發(fā)電機電壓變化不大的運行方式中，如遠(yuǎn)端三相短路、近端單相短路、負(fù)荷突然變動、振蕩等情況下，自并勵系統(tǒng)可以克服其正反饋的弱點，并且控制響應(yīng)速度快，運行性能較直流勵磁機方式優(yōu)越，特別是在配有合適參數(shù)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS情況下更是如此。2 對配置有自并勵勵磁系統(tǒng)機組的事故統(tǒng)計分析及處于系統(tǒng)送端、受端的自并勵勵磁系統(tǒng)發(fā)電機的穩(wěn)定計算表明，當(dāng)故障切除時間短到0.1秒左右時，自并勵勵磁系統(tǒng)的可靠性對提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，均高于同樣勵磁頂值倍數(shù)的交流勵磁機的常規(guī)三機勵磁系統(tǒng)。3 與自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)比較。以國內(nèi)用得較多的交流側(cè)串聯(lián)的自復(fù)勵磁系統(tǒng)為例，在電力系統(tǒng)

56、穩(wěn)定性的影響上，兩種系統(tǒng)各有優(yōu)缺點，無顯著差別。對于自復(fù)勵來說，一方面，系統(tǒng)短路時，串聯(lián)變壓器能提高勵磁整流橋的輸入交流電壓。但另一方面，串聯(lián)變壓器加大了勵磁整流橋的換向電抗，從而勵磁系統(tǒng)輸出的強勵電壓降低。在近端三相短路過程中，前一因素起主導(dǎo)作用，自復(fù)勵優(yōu)于自并勵。短路切除后，后一因素起主要作用，自并勵優(yōu)于自復(fù)勵。綜合作用結(jié)果，兩者對系統(tǒng)穩(wěn)定的影響，并無顯著區(qū)別?？紤]到近端三相短路幾率極少，而在其它大多數(shù)短路故障情況下，自并勵系統(tǒng)仍具有一定的強勵能力。而且，即使出現(xiàn)近端三相短路，還要考慮到水電機組的勵磁繞組的時間常數(shù)（Tdo）很大，高起始響應(yīng)的勵磁調(diào)節(jié)器雖然能使勵磁電壓在0.1秒內(nèi)強勵到頂值

57、，但是勵磁電流的上升滯后了0.150.5秒，其實際強勵作用對各種勵磁方式都是有限的，差別不大。此外，大中型水電機組接入的系統(tǒng)，其輸電線路主保護(hù)動作切除故障時間為0.10.15秒，自并勵系統(tǒng)在故障切除后，其強勵輸出電壓較自復(fù)勵系統(tǒng)高的優(yōu)越性就顯得更加突出了。附2：國外引進(jìn)的靜止整流自并勵勵磁系統(tǒng)Thyripol型自并勵可控硅靜止勵磁系統(tǒng)，是由德國西門子公司生產(chǎn)的。廣州蓄能水電廠二期的四臺300MW機組選用該靜止勵磁系統(tǒng)與之配套，滿足蓄能機組的發(fā)電、抽水、調(diào)相、SFC變頻起動、背靠背起動、黑起動等工況的要求。勵磁變壓器接在發(fā)電機出口開關(guān)系統(tǒng)側(cè)，直接從系統(tǒng)取電，在抽水工況SFC變頻起動、背靠背起動和

58、電氣制動時不需要從廠用電另設(shè)起勵變壓器。起勵電源用220V蓄電池，僅在黑起動時使用。勵磁調(diào)節(jié)器由兩套完全獨立的雙微機勵磁調(diào)節(jié)器Simadyn-D及手動控制單元組成，互為熱備用并有自動跟蹤裝置。每個調(diào)節(jié)器有自動電壓調(diào)節(jié)和手動電流調(diào)節(jié)兩個通道。在電壓調(diào)節(jié)方式下當(dāng)主用調(diào)節(jié)器故障時自動無擾動切換到備用調(diào)節(jié)器，如主備用調(diào)節(jié)器的電壓調(diào)節(jié)通道均故障則跳機。當(dāng)勵磁電流測量變送器故障時考慮到過勵和最大勵磁電流限制起不到作用，此時由自動電壓調(diào)節(jié)通道緊急切換到另一正常的手動電流調(diào)節(jié)通道。利用勵磁調(diào)節(jié)器強大的計算功能，PT斷線檢測由計算三相電壓不平衡值判斷，不平衡值大于6即認(rèn)為PT斷線，自動切換到備用調(diào)節(jié)器。1

59、60;勵磁調(diào)節(jié)器的功率部分（1） 功率整流器三相全控橋式整流裝置，三并聯(lián)支路以冗余方式工作，單個支路故障不影響系統(tǒng)運行，每個橋臂為一個可控硅并帶有熔斷器保護(hù)。共十八個可控硅。可控硅采用風(fēng)冷，采用阻容元件抑制換相時產(chǎn)生的過電壓，整流橋間的電流平衡由SITOR型整流器的機械安裝方式來報證。（2） 滅磁停機過程中需將轉(zhuǎn)子磁場的能量迅速釋放，避免定子產(chǎn)生過電壓。正常停機滅磁分兩步進(jìn)行，磁場能量先由可控硅逆變滅磁，可控硅導(dǎo)通角150°，逆變時間10s，大部分磁場能量經(jīng)逆變反送至系統(tǒng)，逆變結(jié)束交流勵磁開關(guān)斷開，同時合上滅磁接觸器K611，轉(zhuǎn)向第二階段由鑄鐵材料制成的線性電阻R

60、101滅磁，剩余磁場能量在10s內(nèi)由滅磁電阻消耗掉。事故情況下不允許逆變滅磁，此時直接跳開交流勵磁開關(guān)，合上滅磁接觸器。經(jīng)計算在10.48s內(nèi)可由滅磁電阻消耗全部磁場能量，其間勵磁電流按e的負(fù)乘冪規(guī)律衰減。Thyripol勵磁系統(tǒng)的最大特點是轉(zhuǎn)子回路不設(shè)磁場斷路器，利用交流開關(guān)滅弧性能好，可靠性高的特點，勵磁系統(tǒng)依靠有二個獨立跳線圈的交流勵磁開關(guān)切斷與系統(tǒng)的聯(lián)系，磁場能量的消耗由滅磁接觸器K611控制，避免事故時由磁場斷路器直接切斷上千安培的勵磁電流。（3） 過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)和滅磁為同一回路，但實現(xiàn)方式不同。采用可控硅跨接式過電壓保護(hù)，由兩只反向并聯(lián)可控硅A106、A107、自觸

61、發(fā)電路BOD和電流繼電器K112組成，自觸發(fā)電路BOD的過電壓門檻值設(shè)定金1883伏，比計算得到的反向峰值電壓1983V低100伏。由于失步或雷擊造成轉(zhuǎn)子正極過電壓，自觸發(fā)電路BOD觸發(fā)導(dǎo)通可控硅A107，轉(zhuǎn)子經(jīng)滅磁電阻短路，K112探測到有電流，立即跳開勵磁開關(guān)以切斷勵磁電源，同時合上滅磁接觸器K611，轉(zhuǎn)入滅磁號阻滅磁，再關(guān)斷可控硅A107。當(dāng)逆變過程故障或由于可控硅保險熔斷而產(chǎn)生負(fù)極過電壓，由可控硅A106導(dǎo)通實現(xiàn)負(fù)極過電壓保護(hù)。   2 微機勵磁調(diào)節(jié)器的構(gòu)成微機勵磁調(diào)節(jié)器Simadyn-D是西門子公司在Windows3.1平臺上開發(fā)的，硬件可自由

62、配置，軟件編程圖形化的多微處理器數(shù)字過程控制系統(tǒng)。包括數(shù)字調(diào)節(jié)器和數(shù)字移相器，掃描時間最快可達(dá)0.1ms，共有五個處理器板。理器板均配有8位2K的EEPROM和16位512K的EPROM，EPROM存儲有操作系統(tǒng)的機器碼和用戶委序，而勵磁運行參數(shù)則存在EEPROM中。微機勵磁調(diào)節(jié)器Simadyn-D包括控制總線、20位地址總線和16位前據(jù)總線的局部總線和通信總線，局部總線和通信總線均有由通信緩沖板為5個處理器提供的公用64K內(nèi)存。每個處理板有三只看門狗用于軟件和硬件的監(jiān)測并有復(fù)位按鈕，七段顯示器用于顯示處理器編號，故障時會閃爍。（1） 勵磁調(diào)節(jié)器主要硬件1） 機架上配有24個插槽用于安裝勵磁調(diào)節(jié)器Simadyn-D的各類模板，如處理器板、通信板和通信緩沖板等，機架為每個插槽配有局部總線和通信總線及相應(yīng)的電源。2） 處理器板裝有80C18616MHz16位微處理器板，內(nèi)存128K，總線管理中享有優(yōu)先權(quán)，用于控制、計算和調(diào)任務(wù)。二個串行口與現(xiàn)地控制面板進(jìn)行能信。3） 處理器板PT20，主要用于開環(huán)和閉環(huán)控制及計算任務(wù)。裝有C18620MHz16位的微處理器板，內(nèi)存64K，二個串行口用于通信和伺服接口，數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出。4） 處理器板PG16，專門設(shè)