CVST調(diào)速器的應(yīng)用

1、帶調(diào)壓閥控制的數(shù)字式調(diào)速器在楊村電站的應(yīng)用摘要：楊村電立同S速器原為WT-80-HC散機(jī)調(diào)速器，2003投運(yùn)以后，由于泄漏與油耗較大，油泵啟動(dòng)頻繁，油泵及閥件磨損的雜質(zhì)進(jìn)入動(dòng)圈式電液伺服閥而導(dǎo)致調(diào)速器故障頻發(fā)，接力器抽動(dòng)頻繁無法穩(wěn)定。其工作性能及設(shè)備狀況根本無法滿足電站正常生產(chǎn)要求。決定對原有調(diào)速器進(jìn)行技術(shù)改造，于2010年更換為北京中水科水電開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CVST-80數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器。技改調(diào)試運(yùn)行正常后，至今一直穩(wěn)定可靠，調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，能滿足各種工控下的運(yùn)行，從未出現(xiàn)故障，達(dá)到和滿足電站安全生產(chǎn)的需要，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的免維護(hù)、免檢修。通過我站使用后，覺得此類新型調(diào)速器具有一系列優(yōu)勢

2、，具有一定的推廣應(yīng)用和發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：數(shù)字式調(diào)速器、高頻數(shù)控閥、插裝閥、一次調(diào)頻、孤立運(yùn)行一、電站電站概況及主要參數(shù)楊村電站位于峨邊縣大堡鎮(zhèn)和楊村鄉(xiāng)鏡內(nèi)，主要由首部樞紐（攔河閘壩、進(jìn)水口）壓力引水隧洞、調(diào)壓井、變電站等組成，為混合式開發(fā)水電站。有3臺(tái)22MWJ混流式水輪發(fā)電機(jī)組，分別于2002年8月至2003年3月相繼投產(chǎn)，電站配有全套機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)，微機(jī)監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、遙信、遙測等功能。楊村電站機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)：發(fā)電機(jī)型號： SF22-12/3480額定功率：22mw額定轉(zhuǎn)速：500r/min額定容量： 25.88mvA額定電壓： 10.5kv飛逸轉(zhuǎn)速： 900 r/m

3、in水輪機(jī)型號： HL630-LJ-152設(shè)計(jì)水頭： 119m最小水頭： 115.76m最大水頭：132.85m水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw:25s設(shè)計(jì)流量：20.515m3/s機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)Ta:6s導(dǎo)葉接力器:2只接力器行程Y:140mm導(dǎo)葉接力器緊急關(guān)閉時(shí)間：39.55s接力器活塞直徑:80mm調(diào)壓閥接力器：1個(gè)調(diào)壓閥直徑：400mm調(diào)壓閥行程：148mm二、調(diào)速器存在的問題楊村電站原有調(diào)速器采用WT-80-4.0-HC型調(diào)速器，是由電氣部分和機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成，電氣部分采用臺(tái)灣研華HD-2000工業(yè)微處理器和按STDS準(zhǔn)工業(yè)控制總線設(shè)計(jì)的雙微機(jī)冗余容錯(cuò)控制系統(tǒng)組成。電液轉(zhuǎn)換器采用SV

4、9型動(dòng)圈式伺服閥，將電氣信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移信號，通過平衡桿帶動(dòng)特殊配壓閥作進(jìn)一步液壓操作功率放大，以驅(qū)動(dòng)導(dǎo)葉接力器和調(diào)壓閥，從而控制水輪機(jī)組。特殊配壓閥采用于導(dǎo)葉接力器液壓聯(lián)動(dòng)方式。在機(jī)組增、減負(fù)荷或甩負(fù)荷等工控下運(yùn)行時(shí)使空放閥打開，控制調(diào)壓閥的開啟和關(guān)閉，確保壓力鋼管和水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全可靠。調(diào)速器在電站安裝投運(yùn)初期未發(fā)現(xiàn)任何異常，隨著使用年限的增加，逐步暴露一些問題，嚴(yán)重影響電站的正常發(fā)電。1）、由于特殊配壓閥的密封形式為潤滑式間隙密封，由于做工精度粗糙，材料熱處理不過關(guān)，間隙配合上存在很大問題，導(dǎo)致內(nèi)部漏油量很大，保壓能力低，有串油現(xiàn)象，機(jī)組調(diào)節(jié)不穩(wěn)定，油壓裝置油泵啟動(dòng)十分頻繁。據(jù)現(xiàn)場

5、實(shí)測，在空載運(yùn)行狀態(tài)下，油泵的啟動(dòng)間隔時(shí)間為8-12min，發(fā)電運(yùn)行固定負(fù)荷狀態(tài)下，油泵啟動(dòng)間隔時(shí)間為15-17min，在停機(jī)狀態(tài)，油泵的啟動(dòng)間隔在25min。由于漏油較大，導(dǎo)致油泵損壞和停機(jī)更換造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，投運(yùn)至今已更換7臺(tái)油泵。2）、螺桿泵頻繁啟動(dòng)導(dǎo)致油泵泵軸和襯套磨損嚴(yán)重，產(chǎn)生大量銅屑，進(jìn)入調(diào)速器后引起動(dòng)圈式伺服閥發(fā)卡，導(dǎo)致調(diào)速器振蕩，運(yùn)行中多次發(fā)生接力器抽動(dòng)，有功負(fù)荷波動(dòng)，打開調(diào)速器精濾網(wǎng)更換時(shí)，在濾網(wǎng)底部有很厚的積存金屬沫，不得不進(jìn)行濾油處理。3）、由于閥件泄漏增大，油泵啟動(dòng)頻繁，大量油液的無效循環(huán)產(chǎn)生熱量，促使油溫上升加劇，改變了油原有的品質(zhì)，粘度下降，進(jìn)一步加劇泄漏造成系

6、統(tǒng)工作效率降低，使油流過泵、閥等液壓元件時(shí)，元件特性發(fā)生變化，降低元件使用壽命，其生成的沉淀物易堵塞各種控制小口，極易導(dǎo)致工作不正常。為避免上述缺陷給電站安全生產(chǎn)帶來更大隱患，確保機(jī)組安全運(yùn)行以及電網(wǎng)品質(zhì)要求規(guī)定，我站與2009年對目前國內(nèi)幾家大型研制生成調(diào)速器的廠家，進(jìn)行實(shí)地考察，通過廣泛的市場調(diào)查和比選，決定采用北京中水科院自動(dòng)化所研制生產(chǎn)的帶調(diào)壓閥控制的CVST-80型調(diào)速器。三、CVST-80調(diào)速器系統(tǒng)構(gòu)成技改后的CVST-80調(diào)速器采用機(jī)電合柜結(jié)構(gòu)，總體由PLCit機(jī)電子調(diào)節(jié)器、液壓隨動(dòng)系統(tǒng)兩部分組成。PLC微機(jī)電子調(diào)節(jié)器：由可編程控制器本體與外圍輸入/輸出子系統(tǒng)模件兩大部分構(gòu)成。由

7、PLC控制器本體實(shí)現(xiàn)頻率測量，很好地解決了頻率測量的便捷性、快速性、高分辨率、高可靠性的有機(jī)統(tǒng)一。外圍子系統(tǒng)主要有以下組件構(gòu)成:數(shù)字量輸入（DI）模板、數(shù)字量輸出（DO）模板、高速開入模板（該模板用于調(diào)節(jié)器的數(shù)字測頻）、模擬量輸入（A/D）模板,MB通信口、驅(qū)動(dòng)/放大模板、電源模板、頻率信號整形模板、模擬量調(diào)理模板、人機(jī)界面（HMI）、開關(guān)/按鈕/表計(jì)回路、繼電器回路。機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)：其基本結(jié)構(gòu)特征可歸納為先導(dǎo)控制、閥座主級、嵌入式聯(lián)接。各組之間采用模塊化結(jié)構(gòu)有機(jī)的組合與疊加在一起。機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)主要包括：高頻數(shù)控閥先導(dǎo)閥板、由插裝閥基本單元組合而成的主級控制閥板、開關(guān)機(jī)時(shí)問與緊急關(guān)機(jī)時(shí)間

8、調(diào)整機(jī)構(gòu)、可換濾芯的濾油器、濾油器堵塞發(fā)訊器、手動(dòng)排氣閥塞、濾油器堵塞或切斷時(shí)旁通保護(hù)閥、開/停機(jī)脈沖控制閥、手動(dòng)控制閥、緊急停機(jī)閥、控制壓力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等。機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)使用需要進(jìn)行靈活的組合和布置。整個(gè)液壓控制柜具有很高的集成度，無任何桿件、鋼絲繩及外露管道。四、CVST-80系統(tǒng)原理介紹微機(jī)調(diào)節(jié)器接收LCU令，根據(jù)采集得到的機(jī)頻/網(wǎng)頻、有功、水頭、開度等信號，通過軟件進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算、運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)規(guī)律的綜和，進(jìn)而得出相應(yīng)的控制量，其控制量通過外圍接口驅(qū)動(dòng)液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的高頻數(shù)控閥，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主級液壓放大；最終實(shí)現(xiàn)對主接力器及調(diào)壓閥的相應(yīng)調(diào)節(jié)，滿足機(jī)組運(yùn)行需要。這種調(diào)

9、速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器輸出的是數(shù)字量；接收這些數(shù)字信號和起電一液轉(zhuǎn)換作用的是高頻數(shù)控閥（無需D/A轉(zhuǎn)換）；而起流量和功率放大作用的主級是主控功率閥組（插裝閥組合），該組合閥取代了常規(guī)微機(jī)調(diào)速器的主配壓閥；即可由高頻數(shù)控閥進(jìn)行液壓先導(dǎo)控制，以插裝閥作為主級放大控制元件。圖1系統(tǒng)原理圖1）、高頻數(shù)控閥原理高頻數(shù)控閥在CVS琮列調(diào)速器中起到從電氣脈沖量到液壓量轉(zhuǎn)換的作用，即“電一液轉(zhuǎn)換”的作用，這是與傳統(tǒng)電液轉(zhuǎn)換裝置/組件（如電液轉(zhuǎn)換器、比例閥、步進(jìn)電機(jī)一引導(dǎo)閥、伺服電機(jī)一引導(dǎo)閥）相輔向爭的個(gè)新閥種與換代戶品。它屬于脈沖式流體控制，只有開關(guān)兩個(gè)狀志，響應(yīng)時(shí)間約0.5-3ms,作為計(jì)算機(jī)與液壓系統(tǒng)的橋梁，它

10、可直接與計(jì)算機(jī)接口而無需D/A轉(zhuǎn)換，從而使流體控制數(shù)字化，顯然，高頻數(shù)控閥起到了所謂“數(shù)字閥”的作用。圖2高頻數(shù)控閥結(jié)構(gòu)示意圖參見圖2所示的結(jié)構(gòu)示意圖，高頻數(shù)控閥是通過電磁鐵推桿控制閥芯在閥體內(nèi)作軸向運(yùn)動(dòng)，使相應(yīng)的油路溝通或斷開。它是個(gè)具有多段環(huán)形槽的圓柱體，閥芯帶有工作錐體或鋼球，而閥套（襯套）內(nèi)有若干條沉割槽，每條沉割槽都通過相應(yīng)的孔道與外部聯(lián)接。它只有2個(gè)工作位置，當(dāng)電磁鐵斷電時(shí)，閥芯在下端彈簧推力的作用向上移動(dòng)，此時(shí)油口P與控制口K溝通，而回油T與控制口K之間是截止的。當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，閥芯受電磁鐵推桿推力的作用向下移動(dòng)，此時(shí)油口P與控制口K之間截至，而回油T與控制口K溝通，通過對高頻數(shù)

11、控閥的通斷信號進(jìn)行調(diào)制，即通過控制脈沖頻率和脈沖寬度，就叫以實(shí)現(xiàn)對流量或壓力接近連續(xù)的控制。由于輸出流量不大，在CVST8列調(diào)速器中只用作先導(dǎo)液壓信號，以驅(qū)動(dòng)起特殊配壓閥作用的主控閥（大通徑插裝閥）主級平穩(wěn)啟閉。它具有結(jié)構(gòu)簡單、抗污能力強(qiáng)、重復(fù)性好、工作穩(wěn)定、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)指出，高頻數(shù)控閥所實(shí)現(xiàn)的“對流量或壓力接近連續(xù)控制（即輸出流量或壓力是平穩(wěn)漸變的）”這概念極其重要，它是高頻數(shù)控閥區(qū)別于一般電磁換向閥的最重要的特征，一般電磁換向閥的輸出，實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的是小連續(xù)的斷續(xù)控制，由此驅(qū)動(dòng)的插裝閥主級啟閉動(dòng)作是不可能平穩(wěn)連續(xù)的，必然導(dǎo)致主級油路較大的壓力沖擊。2）、主控閥原理主控閥（即插裝閥）是實(shí)現(xiàn)調(diào)

12、速器主級位置隨動(dòng)控制的關(guān)鍵組件，其功能是接收來自高頻數(shù)控閥或比例閥先導(dǎo)油路的壓力/流量信號，使主閥芯產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，進(jìn)而控制通向主接力器主控工作腔油路液流的變化，以控制主接力器在任意位置定位。圖3所示的是其原理示意圖。這種閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是其功率級采用插裝式結(jié)構(gòu)，并因此得名。所謂插裝式結(jié)構(gòu)是指由閥芯、閥套及附屬的彈簧、密封件等構(gòu)成組件，安裝時(shí)只需插入集成塊的標(biāo)準(zhǔn)孔內(nèi)，并靠蓋板與集成塊之間的螺栓聯(lián)接而同定，相關(guān)尺寸己按D1N24342B準(zhǔn)化。一般來說，閥芯插件的工作狀態(tài)由作用在閥芯上的合力大小和方向決定的。當(dāng)合力大于零，閥芯關(guān)閉;當(dāng)合力小于零，閥芯開啟;當(dāng)合力等于零，閥芯停留于某平衡位置。顯然，a,b

13、,K三腔的壓力關(guān)系是起主導(dǎo)作用的，由于工作腔a/b的壓力是由工作負(fù)載條件決定的，不能任意改變，所以一般只能通過對控制腔K壓力的改變來實(shí)現(xiàn)對插裝閥白控制。顯然，通過改變K腔的控制壓力，就可以控制閥芯的開度。圖3主控閥原理示意圖3）、CVST-80系統(tǒng)工作原理自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)PLC微機(jī)調(diào)節(jié)器輸出調(diào)節(jié)信號時(shí)，此信號經(jīng)功放驅(qū)動(dòng)板的轉(zhuǎn)換放大后作用于先導(dǎo)控制的高頻數(shù)控閥；與此同時(shí)，高頻數(shù)控閥的輸出經(jīng)先導(dǎo)油路的流量-壓差線性轉(zhuǎn)換后，其液壓信號就會(huì)立即作用于起主配作用的插裝閥控制腔，通過插裝閥主級放大后的液流最終進(jìn)入主接力器，使其跟隨調(diào)節(jié)器控制信號的變化，直至調(diào)節(jié)過程結(jié)束。由于完整的油路比較為復(fù)雜，難以在文中清

14、晰表示，僅以局部油路為例說明，圖4所示的為增側(cè)局部油路在自動(dòng)方式開度增加過程中的油路狀態(tài)。大體分析如下：當(dāng)調(diào)節(jié)器的控制信號使高頻數(shù)控閥WZ!電時(shí)，其閥芯下移，此時(shí)其控制口K通過高頻數(shù)控閥與回油口T溝通，而回油口T又通過選擇閥與回油箱聯(lián)通。這樣先導(dǎo)壓力控制油依次通過流量調(diào)節(jié)閥（流量一壓差線性轉(zhuǎn)換閥）的A口與B口，高頻數(shù)控閥wz、選擇閥，最后通向回油，液流通過流量調(diào)節(jié)閥時(shí)將產(chǎn)生與流量成線性關(guān)系的壓力降，故流量調(diào)節(jié)閥出口B的壓力與高頻數(shù)控閥流量成線性關(guān)系而它又與插裝閥控制腔K相聯(lián)，因此，通過控制高頻數(shù)控閥的流量，即叫控制插裝閥控制腔K的壓力，進(jìn)而使插裝閥的開啟程度與高頻數(shù)控閥的流量成線性關(guān)系。由上述

15、分析可知，若高頻數(shù)控閥WZ!電開啟，圖4所示左右2個(gè)插裝閥也將開啟，這樣主供壓力油通過左側(cè)插裝閥通向接力器左側(cè)工作腔，接力器右側(cè)工作腔油液通過右側(cè)插裝閥通排油，接力器向開度增方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)接力器的位移量與所需的調(diào)節(jié)控制量一致時(shí)，WZ斷電，此時(shí)其控制口K與回油口T截至，這樣先導(dǎo)壓力控制油經(jīng)過流量調(diào)節(jié)閥直接作用于插裝閥控制腔K使圖4所示左右2個(gè)插裝閥關(guān)閉，通向接力器開/關(guān)側(cè)控制腔的油路被截止，接力器停動(dòng)并靜止不在與調(diào)節(jié)控制量相對應(yīng)的位置上。從中可以看出，接力器的動(dòng)作控制與穩(wěn)定調(diào)節(jié)，并不是建立在控制閥的“中間位置”基礎(chǔ)上的。至于手動(dòng)操作方式，它與自動(dòng)方式?jīng)]有本質(zhì)的差別，實(shí)際上僅僅是自動(dòng)方式的降級使用，

16、是通過人工操作先導(dǎo)油路實(shí)現(xiàn)的。手自動(dòng)切換操作非常簡便，僅僅需要撥換下開關(guān)，切除電氣調(diào)節(jié)器的控制輸出就行，并且是無條件、平滑、無擾動(dòng)的切換。值得指出的是，常規(guī)主配壓閥在所謂“復(fù)中”時(shí)，是處在一種相對的平衡狀態(tài)。要保證不溜負(fù)荷（接力器不漂移、不擺動(dòng)），就要保持嚴(yán)格的平衡，這對反饋系統(tǒng)提出了比較高的要求，安裝調(diào)整都有一定的難度。而插裝閥在關(guān)閉時(shí)處在一種完全確定的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，可以得到幾乎零泄漏的嚴(yán)格關(guān)閉，故這種調(diào)速器具有較高的穩(wěn)定性，且工作簡單、調(diào)整及維護(hù)也方便。五、CVST-80數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器的應(yīng)用介紹2010年11月26日將1號發(fā)電機(jī)組調(diào)速器更換為CVST-80數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器，結(jié)合機(jī)組的

17、檢修，次年3月17日安裝調(diào)試完畢正式投入運(yùn)行。技術(shù)性能全面滿足最新國標(biāo)要求，主要性能指標(biāo)達(dá)到國際丘C先進(jìn)水平。該型調(diào)速器能在多種調(diào)節(jié)模式下運(yùn)行，可以方便地進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)及功率調(diào)節(jié)模式之間的自動(dòng)平滑切換。CVST-80K調(diào)節(jié)、控制無需由“中間位置與機(jī)械反饋來保證，系統(tǒng)節(jié)能、降耗效果顯著，在我廠該調(diào)速器系統(tǒng)處于恒功率運(yùn)行方式下油泵啟動(dòng)次數(shù)極少，查閱我廠運(yùn)行記錄，啟泵間隔在7h以上。為了提高調(diào)速器運(yùn)行的可靠性，CVST-80具有容錯(cuò)控制功能。即當(dāng)某些故障發(fā)生后，調(diào)速器仍可維持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，在不同的故障情況下具有不同的運(yùn)行方式（包括降級運(yùn)行）除了具有所有模塊均正常時(shí)的全自動(dòng)運(yùn)行方式，還具有測

18、頻通道故障或位移反饋消失或個(gè)別液壓閥失效的降級自動(dòng)運(yùn)行方式及空載保護(hù)方式，其中包括手動(dòng)運(yùn)行方式，從而最大限度的提高調(diào)速器的可靠性和可用性。六、CVST-80數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器在楊村電站使用的總結(jié)從CVST-8吸字式水輪機(jī)調(diào)速器試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，直接與性能有關(guān)的高頻數(shù)控閥可靠性高，工作頻率允分滿足調(diào)速器性能要求。自2011年3月17日在楊村電站投入運(yùn)行以來，末發(fā)生過高頻數(shù)控閥或插裝閥的故障，證明其工作壽命和動(dòng)作次數(shù)是有保障的。自從更換為CVST-80調(diào)速器后，末發(fā)生油泵損壞現(xiàn)象，液壓油也未過濾過，從末發(fā)生因油質(zhì)差而引起的故障，高頻數(shù)控閥對油質(zhì)的要求相當(dāng)?shù)停谟鸵罕粐?yán)重乳化、混入大量帶有煤渣的臟水情況下，依然能可靠工作。CVST-80數(shù)字式水輪機(jī)調(diào)速器以高頻數(shù)控閥取代電液轉(zhuǎn)換器，具有較高的可靠性和頻率響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)，徹底解決了電液轉(zhuǎn)換器抗油污能力差、易卡阻之弊病;由插裝閥組件代替輔助