數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器在漾頭水電站的應(yīng)用(1)

1、數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器在漾頭水電站的應(yīng)用(1)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(jié)構(gòu)。實際應(yīng)用結(jié)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(shù)性能和高可靠性。 關(guān)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2 x 8000kw，水輪機為軸流轉(zhuǎn)槳式，設(shè)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

2、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) 抗卡阻效果差。調(diào)速器對油質(zhì)要求較高，常卡阻，不能保證長期自動運行。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) 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) 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z

3、fst100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。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(jié)構(gòu)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(shè)備改造

4、時，必須采用無鋼絲繩反饋（或杠桿反饋）結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(shè)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(yīng)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(jié)合水輪機調(diào)速器的特殊性，zfs

5、t-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(wù)操作系統(tǒng)功能。它能方便地處理開關(guān)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(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴展時只需在原有基礎(chǔ)上疊加運用軟件模塊。cpu運行效率高，用戶存儲

6、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(shù)是采用高速電磁球閥為先導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)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

7、無杠桿，無管路；在結(jié)構(gòu)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(wù)的優(yōu)點。在傳統(tǒng)plc中，并行處

8、理是靠程序掃描來完成的。但事實上多任務(wù)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(wù)技術(shù)。pcc恰恰可以滿足這種需求，當某一任務(wù)在等待時，其他任務(wù)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(yīng)式變結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(shè)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

9、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(dǎo)電磁閥。充分發(fā)揮了pcc多任務(wù)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：1.5 mb flash prom，遠大于常規(guī) plc 10kb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

10、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(yīng)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)簡單，美觀。14) 友好的

11、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(shè)定有關(guān)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

12、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(guān)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(guān)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(guān)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

13、別的高低，決定了對系統(tǒng)行使權(quán)利的大小。運行人員只能觀察到常規(guī)顯示畫面并進行常規(guī)操作，檢修人員或管理人員可對調(diào)節(jié)參數(shù)等進行修改。9) 采用交直流雙重供電，當交流電源故障時，直流電源自動投入，直流電源故障時，保持當前開度不變。10) 空載運行，當機頻信號消失時，自動將開度保持在空載開度以下，以防過速。并網(wǎng)運行，當機頻信號消失時，自動切換為網(wǎng)頻測量回路，保持正常發(fā)電運行，同時發(fā)出機頻故障信號。3.3 調(diào)速器工作過程數(shù)字閥pcc智能調(diào)速器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。調(diào)速器自動運行時，接收到開機令后，按照預(yù)先設(shè)定好的開機規(guī)律開機。當網(wǎng)頻測量正常時，調(diào)速器自動選擇頻率調(diào)節(jié)模式， pcc按照機頻與網(wǎng)頻的差值進行p

14、id運算，為實現(xiàn)快速并網(wǎng)作好準備；當網(wǎng)頻測量故障時，自動切換為開度調(diào)節(jié)模式，pcc按照機頻與頻率給定的差值進行pid運算。pcc根據(jù)電氣開度和實際開度的差值輸出脈寬調(diào)制（pwm）信號，經(jīng)功率放大后驅(qū)動電磁球閥，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，使機組自動運行于空載工況。并網(wǎng)后，如為并大電網(wǎng)運行，自動切換為開度調(diào)節(jié)模式。如為孤網(wǎng)運行，自動選擇頻率調(diào)節(jié)模式。通過上位機或觸摸屏改變功率給定值，調(diào)節(jié)器經(jīng)pi運算后，實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)。接到停機令后，調(diào)速器自動將機組關(guān)機，完成停機過程。4現(xiàn)場試驗結(jié)果現(xiàn)場進行了靜態(tài)，動態(tài)試驗，第一臺調(diào)速器現(xiàn)場試驗結(jié)果如下：1） 轉(zhuǎn)速死區(qū) ： 0.015 %2) 空載擾動試驗調(diào)速器自動運行，選擇多組pid調(diào)節(jié)參數(shù)，選取頻率擺動