兩種調(diào)速器在水電廠的運(yùn)行分析

兩種調(diào)速器在水電廠的運(yùn)行分析

1雙機(jī)械調(diào)速器河南三河水電工廠配備了7臺(tái)主缸，1.5號(hào)為軸流式砂漿機(jī)，配備5mw軸流式氣壓，6.7號(hào)為混流式氣壓，配備70mw。自1983年以來(lái),均采用長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所生產(chǎn)的調(diào)速器。其中除4號(hào)機(jī)為長(zhǎng)控所80年代生產(chǎn)的JST-150型模擬電液調(diào)速器外,其余6臺(tái)機(jī)均為WDST-150型雙微機(jī)電液調(diào)速器。微機(jī)調(diào)速器發(fā)展到今天,其各項(xiàng)功能已相當(dāng)完善,調(diào)節(jié)控制功能亦大大提高,然而,調(diào)速器的整機(jī)可靠性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為適應(yīng)水電廠綜合自動(dòng)化的要求和調(diào)速器領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展,三門峽電廠經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間調(diào)研和論證決定將4號(hào)機(jī)改造成數(shù)字調(diào)速器(原調(diào)速器為JST型),并委托長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所對(duì)該調(diào)速器進(jìn)行改造。雙方技術(shù)人員經(jīng)過(guò)深入細(xì)致的分析和方案比較后,決定選用長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所產(chǎn)品DKST型伺服電機(jī)控制的全可編程雙調(diào)節(jié)調(diào)速器(已于1998年通過(guò)水利部新產(chǎn)品鑒定,為專利產(chǎn)品)。目前,上述兩種類型的調(diào)速器(WDST型和DKST型)均已在三門峽電廠運(yùn)行,雙方技術(shù)人員通過(guò)運(yùn)行實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并進(jìn)行了對(duì)比分析,共同取得了一些新的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)將這兩種調(diào)速器的對(duì)比分析情況論述如下。2比較系統(tǒng)方案2.1sd-150調(diào)速器為電子調(diào)節(jié)器加電液隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其原理見(jiàn)圖1(兩種調(diào)速器的輪葉隨動(dòng)系統(tǒng)與導(dǎo)葉隨動(dòng)系統(tǒng)基本相同,略)。2.2電氣閉環(huán)調(diào)節(jié)該調(diào)速器為電子調(diào)節(jié)器加電氣伺服裝置加機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其原理見(jiàn)圖2。從圖1、2中可看出,WDST-150型調(diào)速器的主接力器反饋構(gòu)成了電氣閉環(huán),參與了調(diào)節(jié);而DKST-150型調(diào)速器為電氣伺服裝置的反饋構(gòu)成了電氣閉環(huán),反映導(dǎo)葉(漿葉)開(kāi)度的主接力器機(jī)械反饋沒(méi)有參與電氣調(diào)節(jié),控制主接力器的機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)是電氣伺服裝置的液壓放大。3結(jié)構(gòu)與性能的比較3.1主電源的結(jié)構(gòu)(1)形成電氣系統(tǒng)所需的一些設(shè)計(jì)因素該調(diào)速器為雙微機(jī)電液調(diào)速器,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:①調(diào)節(jié)器由2臺(tái)完全相同的STD總線微機(jī)系統(tǒng)組成,1臺(tái)運(yùn)行,另1臺(tái)熱備用。每臺(tái)機(jī)由開(kāi)關(guān)量板、測(cè)頻板、主機(jī)板、A/D板、D/A板、切換板、鍵盤顯示板以及總線機(jī)籠組成。為構(gòu)成電氣系統(tǒng),需要信號(hào)輸入輸出板和綜合放大板來(lái)配合。②STD總線具有小板結(jié)構(gòu),高度模塊化,嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化,廣泛的兼容性,面向I/O設(shè)計(jì),有較高可靠性。③調(diào)節(jié)器的自制硬件比較多,包括接口共有8塊自制板,可靠性相對(duì)較低。④人機(jī)界面為鍵盤顯示板(自制),可靠性一般,顯示信息量小,操作也不是很方便。(2)plc接口板該調(diào)速器為伺服電機(jī)控制的全可編程雙調(diào)節(jié)調(diào)速器,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:①調(diào)節(jié)器由日本三菱電機(jī)公司A系列可編程控制器各功能模塊組成。這些模塊為電源模塊A1S63P、CPU模塊A2ASCPU、中斷輸入模塊A1SI61、高速計(jì)數(shù)模塊A1SD62D、直流輸入模塊A1SX40、晶體管輸出模塊A1SY40、模擬量輸入模塊A1S64AD、模擬量輸出模塊A1S62DA及總線底板A1S38B;人機(jī)界面為臺(tái)灣羅森公司工業(yè)級(jí)彩色觸摸屏PWS-3700TFT(10.4″)。為構(gòu)成電氣系統(tǒng),有接口功能板AFXIO來(lái)配合。②PLC的特點(diǎn)是可靠性高,抗干擾能力強(qiáng);控制程序可變,具有很好的柔性;編程簡(jiǎn)單,使用方便;功能完善;擴(kuò)充方便,組合靈活;減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工的工作量;體積小,重量輕;開(kāi)放性、通用性、可擴(kuò)展性強(qiáng)。③調(diào)節(jié)器的接口自制板件只有AFXIO1塊,可靠性較高。特別值得一提的是該調(diào)節(jié)器為全可編程調(diào)節(jié)器,測(cè)頻這個(gè)重要環(huán)節(jié)為PLC本體測(cè)頻,而非常規(guī)的PLC外部(如單片機(jī))測(cè)頻,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性高。④調(diào)節(jié)器人機(jī)界面采用當(dāng)今比較流行的觸屏技術(shù)——TFT的大型觸摸屏(工業(yè)級(jí)),集工況顯示、運(yùn)行操作、參數(shù)設(shè)置修改、故障報(bào)警、用戶手冊(cè)等于一體,真實(shí)、生動(dòng)、準(zhǔn)確地以數(shù)字、棒狀圖、閃爍等多種方式反映調(diào)速器的運(yùn)行。觸摸屏技術(shù)與PLC技術(shù)緊密相連,同樣高度可靠的技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起,不僅提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,而且用戶可通過(guò)友好的人機(jī)界面進(jìn)行信息交流。這里,有必要指出的是軟件問(wèn)題。WDST-150型調(diào)節(jié)器采用匯編語(yǔ)言來(lái)編程,低級(jí)語(yǔ)言接近硬件,難學(xué)難懂;而DKST-150型調(diào)節(jié)器采用組態(tài)語(yǔ)言和梯形圖來(lái)編程,它們所具有高級(jí)語(yǔ)言的很多特征和面向過(guò)程控制的風(fēng)格,使得軟件編程人員用起來(lái)得心應(yīng)手,編程效率大大提高。3.2電液轉(zhuǎn)換元件電氣-機(jī)械液壓轉(zhuǎn)換部件是調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,它的性能及正確使用與否,直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的控制精度、響應(yīng)性能,也直接制約著整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。WDST-150型調(diào)速器的電氣液壓轉(zhuǎn)換部件為電液轉(zhuǎn)換器,DKST-150型調(diào)速器的電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換部件為電機(jī)伺服裝置。眾所周知,由于電液轉(zhuǎn)換器對(duì)油質(zhì)的要求較高而在一定程度上影響到運(yùn)行的可靠性。如“雙錐式”、“環(huán)噴式”等電液轉(zhuǎn)換器雖在抗油污方面作了大量的工作,從理論角度來(lái)看確實(shí)具有一定的抗油污能力,但其前提是要確保用油系統(tǒng)的油液清潔;因限于我國(guó)目前的管理水平還很難完全達(dá)到要求。尤其是類似三門峽水電廠,油系統(tǒng)比較大,要保證循環(huán)油系統(tǒng)的清潔度是比較困難的。由于上述原因,在三門峽水電廠4號(hào)機(jī)改造中我們采用了伺服電機(jī)作為電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件,徹底取消了電液轉(zhuǎn)換部件,消除了由電液轉(zhuǎn)換器卡阻引起的溜負(fù)荷、突然關(guān)機(jī)等一系列問(wèn)題;又由于采用伺服電機(jī)作為電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件,因此整個(gè)系統(tǒng)能耗減小,油壓裝置的油泵啟停間隔時(shí)間延長(zhǎng)。另外,因伺服電機(jī)(不論是交流電機(jī)、直流電機(jī),還是步進(jìn)電機(jī))不具備復(fù)中元件的基本特性,沒(méi)有確定的中位和平衡位置,從數(shù)學(xué)模型來(lái)看,它是積分環(huán)節(jié),輸入信號(hào)電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)角之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系,輸入信號(hào)只與電機(jī)輸出軸的速度成比例,因此將伺服電機(jī)直接代替電液轉(zhuǎn)換器是不行的,必須重新組織新的適合電機(jī)控制的系統(tǒng)方案,如中間接力器方案。由于伺服電機(jī)在本系統(tǒng)中僅作為電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件,是典型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的小功率隨動(dòng)系統(tǒng)(沒(méi)有功率放大功能,功率增益小于1),因此控制信號(hào)電平都較高,故該部件的故障率較低,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖中可以看出,DKST-150型的電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換部件的可靠性明顯地得到提高。3.3主接力器的數(shù)學(xué)模型現(xiàn)代數(shù)字調(diào)速器的手動(dòng)至自動(dòng)切換的無(wú)擾動(dòng),是通過(guò)計(jì)算機(jī)本身來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同而有所不同。WDST-150型調(diào)速器是電液隨動(dòng)系統(tǒng),其切換過(guò)程首先是切換閥節(jié)點(diǎn)使復(fù)中閥動(dòng)作,通過(guò)調(diào)節(jié)桿件使主配的引導(dǎo)閥處于平衡(封油)狀態(tài)且固定負(fù)荷,然后由開(kāi)限控制電機(jī)將手操機(jī)構(gòu)跟至調(diào)節(jié)桿件的平衡位置,再通過(guò)位置節(jié)點(diǎn)使復(fù)中閥復(fù)位;顯然,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)到手動(dòng)的無(wú)條件、無(wú)擾動(dòng)切換,實(shí)際上是有一定條件的,并不十分理想。而DKST-150型調(diào)速器采用了中間接力器方案,電氣伺服裝置是一位置記憶保持環(huán)節(jié),當(dāng)電氣故障、失電切手動(dòng),或人為切手動(dòng)時(shí),由于自動(dòng)繼電器失電,伺服電機(jī)無(wú)工作電源,使得中間接力器的輸出位移得到記憶和保持,主接力器理所當(dāng)然的無(wú)擾動(dòng);故實(shí)現(xiàn)自動(dòng)到手動(dòng)的無(wú)條件、無(wú)擾動(dòng)切換是十分方便的。3.4dyst-400型調(diào)速器WDST-150型調(diào)速器,手操和開(kāi)限為一個(gè)機(jī)構(gòu),手動(dòng)時(shí)為手操,自動(dòng)時(shí)為開(kāi)限,此機(jī)構(gòu)很重要,不可缺少。而DKST-150型調(diào)速器,手操和開(kāi)限為兩個(gè)機(jī)構(gòu),手操的作用對(duì)象和自動(dòng)時(shí)的操作對(duì)象一致,均為伺服電機(jī)裝置;開(kāi)限退化為機(jī)械開(kāi)度保安裝置,在非意外情況下不用,可取消。3.5頻率測(cè)試和靜態(tài)試驗(yàn)WDST-150型調(diào)速器電氣上的所有板件需要定期打掃清潔,防止金屬雜物介入,電液轉(zhuǎn)換器需重點(diǎn)維護(hù);同時(shí)該型調(diào)速器的靜特性試驗(yàn)需頻率計(jì)發(fā)頻,空載擺動(dòng)測(cè)試需頻率測(cè)試儀和秒表配合完成。DKST-150型調(diào)速器的接口板由于已封閉安裝,PLC和觸摸屏的結(jié)構(gòu)自我保護(hù)意識(shí)好。同時(shí),由于其人機(jī)界面為彩色觸摸顯示屏,靜態(tài)特性試驗(yàn)和空載擺動(dòng)測(cè)試可直接在觸摸屏上進(jìn)行,無(wú)需秒表和頻率計(jì)等輔助設(shè)備。另外,DKST-150型調(diào)速器有相當(dāng)一部分電氣調(diào)試工作可在無(wú)壓力油的情況下完成,且調(diào)試工作簡(jiǎn)單易行,從而縮短了發(fā)電廠的機(jī)組檢修工期。再者,機(jī)械系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,油管路少,無(wú)復(fù)雜桿件,便于操作、調(diào)整及維護(hù)。3.6可靠性分析和性能指標(biāo)(1)控制控制器的可靠性WDST-150型調(diào)速器的可靠性主要由雙微機(jī)系統(tǒng)(一機(jī)運(yùn)行、一機(jī)熱備用)及電液轉(zhuǎn)換器來(lái)保證;而DKST-150型調(diào)速器的可靠性主要由全可編程調(diào)節(jié)器、伺服電機(jī)來(lái)保證。由于DKST-150型調(diào)速器采用PLC本體測(cè)頻(即利用PLC的可靠性來(lái)保證測(cè)頻的可靠性),調(diào)節(jié)器的可靠性基本上等同于可編程序控制器的可靠性(PLC廠家號(hào)稱PLC本身20年不出問(wèn)題);伺服電機(jī)采用的是航空雷達(dá)系統(tǒng)用力矩電機(jī)。另外,DKST-150型調(diào)速器自動(dòng)轉(zhuǎn)手動(dòng)的無(wú)條件、無(wú)擾動(dòng)切換,因是自身具備,減少了一個(gè)環(huán)節(jié),因此其可靠性與WDST-150型相比,就不言而喻。(2)第三機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)于W