水轮机调速

水轮机调速（通用10篇）

水轮机调速 篇1

1 水轮机组的分类

水利发电机组系统由水轮机组和发电机组构成, 是利用水的势能转化为电能的主要设备。目前, 绝大多数水轮机组都是用来带动交流发电机组。水轮机组根据工作原理分为反击式和冲击式两大类。目前, 世界上单机容量最大的冲击式机组为挪威的悉·西马电站, 其单机容量为315m W, 水头885m, 转速为300转/min。反击式机组则由水流冲击的反作用力使转轮旋转而工作的, 目前世界上单机容量最大的反击式机组为中国的向家坝电站, 其单机容量为800m W。冲击式机组一般水压保持恒定, 主要是动能的转换。反击式机组水压和动能均能变化, 主要是压力能的转化。冲击式机组根据水流方向又分为, 切击式 (水斗式) 和斜击式 (由瑞士工程师德里亚于1956年发明, 故又称德里亚水轮机) 两大类, 两者射流的倾角不同。反击式机组可分为混流式 (由美国工程师弗朗西斯于1849年发明, 故又称弗朗西斯水轮机) 、轴流式和贯流式。斜击式、轴流式和贯流式根据结构有定桨和转桨式 (由奥地利工程师卡普兰在1920年发明的, 故又称卡普兰水轮机) 。

常用水轮机组特点归结如下:

水斗式:适用于高山丘陵水量不大的高水头地区, 水头一般在200m以上;

斜击式:高水头小流量中小型机组, 水头一般在40m~120m之间;

混流式:最常见机组, 在水头和负荷大时比轴流转桨效率低;

轴流式:适用于平原河道上, 水头低于40m, 定桨式桨叶固定在转轮体上, 适用于水头变化不大的水电站, 转桨式水轮机的桨叶在轮体上可以调节, 适用于水头及负荷变化较大的水电站;

灯泡贯流式:适用于3m~20m低水头大流量地区, 发电机装在水密的灯泡体内, 故称灯泡贯流式, 转轮既可以设计成定桨式, 也可以设计成转桨式。

2 水轮机调速器的主要任务和组成部分

2.1 水轮机调速器的主要任务

电网系统负荷的不断变化, 致使电网系统频率会不断变化。水轮机调速器的主要任务是通过调节水轮发电机组的输出功率, 维持水轮机组在额定转速。根据异步交流电机原理:转速n=60f/P式中f-频率、P-磁极对数。据此, 转速n与电源频率f成正比, 调节机组转速即是调节机组输出频率。

2.2 水轮机调速器的组成部分

水轮机调速器系统主要包括以下几个部分:电气控制部分、机械液压执行机构、位移反馈检测机构、液压油源部分。

电气控制部分含有主逻辑控制器、显示屏、测频、电气综合放大等主要元件。主逻辑控制器一般选取可编程逻辑控制器 (Programmable Logic Controller-PLC) 、可编程计算机控制器 (programmable computer controller-PCC) 、工业个人计算机 (Industrial Personal Computer-IPC) 这3类。PCC和IPC是控制器和显示屏的集合体, 一般不用单独配置显示屏, PLC一般配触摸式显示屏。电气综合放大和测频元件一般为各厂家自主研发生产。

机械液压执行机构部分含有电液转换、液压放大和液压保护等元件。电液转换机构的作用是将通过电气综合放大后的输出动作指令的电信号转换为可控的液压信号。液压放大元件解决压力油源提供的额定压力所产生的操作功不足的问题。液压保护元件要求能在完全断电或紧急情况下能保护水轮机组的安全。

位移反馈检测机构含有位置检测器件及连接机构。一般分为旋转电位器式、直线式、光编码器式检测装置。

液压有源部分为整个机械液压执行机构提供额定压力等级的油源。一般分为2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa、16MPa几个标准压力等级。

3 水轮机调速器的命名和分类

对于调速器执行部分的分类, 目前我国还没有统一的标准, 一般都是各调速器厂家根据自身特点自行命名, 总结有以下特点和方法。

1) 汉语拼音缩写、操作功率组合

GYT-1000可理解为操作功为1 000k W水轮机组的高油压型调速器的缩写。

2) 汉语拼音缩写、操作功、油压等级组合

YT-1000-2.5可理解为操作功为1 000k W水轮机组的2.5MPa油压等级调速器。

3) 机组形式、编号组合

GLT-K可理解为贯流式调速器K型。

4) 汉语拼音缩写、主配压阀直径组合

BWT-80可理解为步进电机式微机调速器主配压阀直径为80mm的调速器。

4 水轮机调速器的选取法则

法则一:水轮机组特点决定调速器型号

水斗式:由于其自身结构特点, 在控制顺序和流程上要求比较严格, 因此要求选取针对性较强的冲击式专用调速器, 一般型号为CJ-2/2-4.0等理解为冲击式两喷嘴两折向器压力等级为4.0MPa的调速器。

斜击式:可根据操作功选取高油压调速器 (GYT) 、常规油压调速器 (YT) 、全数字式 (SLT) 、步进式 (BWT) 等可供选择。

混流式:目前常用步进式调速器 (BWT) 、电动阀式调速器 (DFT) 等型号调速器选择。

轴流式:轴流式控制精度要求较高可选择步进式调速器 (BW (S) T) 、比例伺服调速器 (PW (S) T) 、电动阀调速器 (DKT) 等型号的调速器。

灯泡贯流式:灯泡贯流式机组由于水头低、流量大的特点对调速器的调节精度提出更高要求。可选取专门针对此机组设计的调速器或控制精度高的调速器如GLT/PWST等系列。

法则二:操作功决定调速器型号

调速器额定操作功与水轮发电机组功率匹配是选型的关键, 主配压阀活塞直径在80mm以上的称为大型调速器;操作功在10 000N·m~30 000N·m之间的称为中型调速器;操作功在10000N·m以下的称为小型调速器, 其中调速功在3 000N·M以下的又称为特小型调速器。

如:GYT-7500型理解为高油压 (一般为16MPa) 操作功为7500N·m的机组。

参考文献

[1]魏守平著.现代水轮机调节技术[M].武汉:华中科技大学出版社, 2002.

[2]高杜生, 张玲霞著.可靠性理论与工程应用[M].北京:国防工业出版社, 2002.

[3]孙青, 庄弈琪, 王锡吉, 等著.电子器件可靠性工程[M].北京:电子工业出版社, 2002.

[4]叶鲁卿著.水力发电过程控制理论[M].武汉:华中科技大学出版社, 2002.

[5]国产水轮机调速器液压系统常见故障分析及处理对策[J].湖南:水力机械技术, 2003 (1) .

[6]水轮机调节技术的发展及展望[D].河南:中国水电控制设备论文集, 2004.

水轮机调速 篇2

甲方：即墨市热电厂合同签定地点：即墨市热电厂 乙方：青岛协泰技术服务有限公司

根据甲方＃4汽轮机组（青岛汽轮机厂生产的C12-3.43/0.981抽凝式汽轮机）存在的问题：负荷10700KW，机进汽量58吨/小时，抽汽量为0，用同步器减负荷高压油动机开度由43到33，进汽量不变，再减电负荷，油动机开度由33突降到24，进汽量变为25吨/小时，电负荷甩至4000KW；投抽汽时，开启油路遮断阀，电负荷自动由4000KW升至10000KW。经双方协商，达成如下技术协议。

一、甲方委托乙方解决＃4机组存在的问题，能使电负荷在0至额定负荷范围内，任何一点负荷的摆动不超过500KW。以上改造应能够满足调速系统的基本要求，能达到制造厂出厂要求，机进汽量、抽汽量（包括额定和最大）能够达到出厂标准。

二、施工时间：由双方协商确定。

三、乙方拟采取如下措施：

1、对调节器进行彻底清洗及检查装配情况。特别是调压器的装配情况。

2、对高压调节汽阀的＃2―4阀碟进行重新设计、更新，零件由乙方提供。

3、对高压调节汽阀的整个安装情况进行复核、调整。

四、施工调试质量要求执行《电力建设施工及验收技术规范（汽轮机篇）DL5011-92》。

五、甲方需停机3-4天，并准备一台C616或C620车床备用，乙方完成全部改造工作。具体停机时间由双方协商，甲方最终确定。

六、因乙方进行技术改造给甲方机组带来的不良影响，由乙方负责并承担全部责任。

七、技术费用：

1、乙方完成甲方的任务，甲方共支付人民币贰万贰仟元整。

2、本协议签定后甲方预付乙方陆仟元整。

3、本协议的工作任务达到要求，经负荷试车，稳定运行72小时后，甲方一次性付清余款壹万陆仟元整，乙方开技术服务费发票给甲方。

4、若开机验收有明显改善，但未达到要求，则以500KW为一负荷段，每超500KW一点扣款3000元，若开机验收后无明显效果，乙方应全部返还预付款陆仟元整，造成不良后果的，乙方赔偿甲方一切损失。

八、乙方在实施本协议的工作任务时，甲方负责提供检修运行工的操作配合。

九、未尽事宜，双方协商解决。本协议双方代表签字盖章后生效。

十、如果发生合同纠纷，在合同签定地点人民法院解决。

十一、本协议一式四份，甲乙双方各执两份。

甲方：即墨市热电厂乙方：青岛协泰技术服务有限公司

代表：代表：

开户行：农行李沧郑州路分理处账号：***

汽轮机调速系统故障分析与处理 篇3

关键词：调速系统；故障；处理

中图分类号：TM621文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0104-02

调速系统对于汽轮机组的运行发挥了十分关键的作用，而掌握排除调速系统存在的缺陷以及不安全因素的方法，对于操作以及维修人员均非常关键，本文将以300MW机组为例谈谈汽轮机调速系统的一般故障及其解决方法。

1系统挂闸之后无法启动A侧的中压主汽门

导致主汽门油动机的油缸的活塞底部的高压油产生泄漏的主要原因有：由于主汽门的活动电磁阀启动的时候带电使得主汽门油动机的油缸活塞下腔室的压力油掉落；由于电磁阀部件——AST电磁阀失电开启，将安全阀杯状滑阀上部的AST电磁阀控制油联通至无压回油，安全阀的杯状滑阀在底端油压的作用下造成各个主汽门油动机的油缸腔的压力油联通到有压回油；安全阀自身的缺陷。

通常第二个情形是不会发生的，由于挂闸之后其余三个主汽门都可以开启；第一种情形经过活动电磁阀的带电试验与失电试验发现，主汽门的状况并未发生改变，表明A侧中压主汽门一直是关闭的。所以极有可能是第三种情形。针对A侧中压主汽门的安全阀进行拆卸并检查之后发现安全阀上的针阀手柄（起调节作用）已经完全旋进到手柄中并无阻力，说明手柄的螺纹太短并未将针阀旋到所需位置，导致A侧中压主汽门的安全阀上的AST油压通过针阀堵塞的油孔进到有压回油。油动机的油缸的活塞底部高压油通过安全阀接到有压回油，主汽门无法开启，再次加工安全阀上的针阀手柄（起调节作用）螺丝，并且比原有的手柄螺丝要长10 mm，A侧中压主汽门装进之后可以慢慢开启。

2在未给入信号的状况下A侧的GV3高压调速

汽门自行打开

在无外来信号的状况下A侧的GV3高压调速汽门在挂闸之后能够自动开启。其原因是由于压力油通过滤油器（其精度为10 mm），流进电液伺服阀再被输至GV3高压调速汽门的油动机活塞的底部，开启GV3高压调速汽门。正常情况下，电液伺服阀未接到信号，压力油无法经过电液伺服阀。导致电液伺服阀未能接收外部信号，可能因为电液伺服阀的机械零位发生漂移，所以，应当对电液伺服阀的机械零位进行调整。通过信号源为电液伺服阀输入信号，第一步输入的电流低于4 MA，逐步对电液伺服阀的机械零位进行调节，在此情形下，关闭GV3高压调速汽门，输入电流为4 MA，这时GV3高压调速汽门应当为关闭状况，然后逐步增加信号，调速汽门逐步打开、直至信号最大使得调速汽门全部打开，再逐步降低信号，关闭调速器们，这时的信号刚好为4 MA。利用对电液伺服阀的机械零位进行调节，有效解决了在无外部信号的状况高压调速汽门在挂闸之后会自行开启的问题。

3活动电磁阀带电但全部的主汽门无法开启

在主汽门启动的状况下，在进行主汽门的活动试验的时候使电磁阀带电，但是主汽门并未活动。维持开启的情况的主要原因是：主汽门在活动试验过程中油路不通，电磁阀在带电之后阀体的活塞并未产生动作；使得油路上的电磁阀带电之后调节主汽门活动速度的节流孔堵塞；油动机的活塞底部的高压油和主汽门的排油路发生堵塞。

第一步对于A侧高压主汽门的电磁阀进行检查，拆除活动电磁阀之后开展试验，将临时的交流电（220 V）接进电磁阀，结果表明电磁阀为正常，排除电磁阀的故障；再对油动机的活塞底部的高压油和主汽门的排油路进行检测，查出1个加工的螺丝过长，堵塞了部分油管的通流截面，经过处置之后，然后对该主汽门实施活动试验，结果表明主汽门的关闭过于缓慢，不满足要求。在拆下控制A侧的高压主汽门调节排油速度的节流孔检测节流孔尺寸为 0.6，和生产厂家提供的图纸一致。通过分析发现，高压油通过油动机的节流孔为0.6部位设计不太科学，由于流入油动机的高压油和主汽门在进行活动的时候流出的油的流速相同，其油压保持不变，主汽门无法关闭。所以将控制A侧高压的主汽门调节活动速度的节流孔更改成中0.8，再次对A侧高压的主汽门进行活动试验其结果满足要求。采取相同的办法将其余3个主汽门调节活动快慢的节流孔更改成中0.8，试验的结果满足要求表明此研究与改进是合理的。

4EH油泵的油压太低导致跳闸

油压的变化是因为系统的带电设备，比如保护电磁阀的组件，试验电磁阀以及电液伺服阀等动作频繁而造成的。当机组挂闸之后，油压就会产生变化，仔细分析研究油压产生波动的原因是电液伺服阀动作异常或者调节汽门上的安全阀上的节流孔留有杂质而发生堵塞，现场检查发现EH油的杂质含量比较高。但在清理调速汽门上按阀的节流孔之后，母管上的EH油压、AST以及OPC控制油压还是频繁变化。按照现场显示的状况判断，机组定速以及带负载之后，EH油压、AST以及OPC和控制油压才会造成频繁变化，此时中压调节汽门已全部开启，现场对中压调节汽门的电液伺服阀进行检查发现振动十分明显。在DEH的操作界面有意关闭中压调节汽门到90％。此时油压才不出现频繁变化，此时对调门上的电液伺服阀拆开进行检查。电液伺服阀为1个二级液压功率放大器（带有机械反馈）和电力矩马达（带有永久磁钢的）构成。挡板在零位位置之时对于2个喷嘴油流具有相同的节流作用，所以不会造成滑阀位移的压力差；当力矩马达上有信号作用时，衔铁与挡板将会向其中一个喷嘴偏移，使得滑阀两端出现不同的油压，进而使得滑阀产生移动，滑阀会持续移动至反馈弹簧传递出来的反作用力和力矩马达产生的力相同为止。拆下并检查中压调门的电液伺服阀发现滑阀的设计并不科学，应当对滑阀实施改进，即稍微增加滑阀的阀芯末端的尺寸，在电液伺服阀的摆线马达运行出现波动时，滑阀的阀芯也可以将油口有效封住，以免电液伺服阀的摆线马达不停变化导致油口出现泄油。经改造，机组重新启动定速及带负荷后，中压调门即使开至100％，高压油压、AST和OPC控制油压稳定，不再发生频繁波动现象。

5结语

针对汽轮机调速系统中几种常见故障进行深入分析，并采取了相应的处理措施后，机组调速系统整体运行趋于平稳，完全能够满足日常生产要求。经过总结我们可以发现，故障的根源在于部分零配件在质量或设计存在缺陷。广大技术人员如果可以及早发现这些缺陷不仅能够消除的安全事故隐患，还为设计优化提供了有价值的参考意见。

参考文献：

[1] 翦天冲.汽轮机原理[M].北京:中国水力电力出版社,2002.

水轮机调速系统优化维护研究 篇4

1 水轮机调速系统优化维护的原理

无论哪一种机械设备, 在发生故障之前都会有一定的预兆和特征。这是由于设备从正常工作到非正常工作是一个具有一定特征的过程。此过程能用P-F曲线直观地表现出来, 相关的P-F曲线如图1所示。以水轮机调速系统的间隙故障为研究对象, 如果系统在正常条件下运行, 水轮机的调速单元可根据相关的控制指令进行对应的调节操作。在调节运行时, 频率和开度会出现一定程度的波动, 这就是造成系统设备故障的主要原因, 可称为故障萌发点。此时, 系统设备处于故障的萌发期, 还未表现出明显的故障特征。但如果此时没有对系统设备进行必要的检查和处理, 故障就会进一步加剧, 此时, 系统设备的频率和开度的波动程度会迅速增大, 此时系统设备处在潜在故障点区域, 系统设备会表现出一定的故障特征, 可运用对应的监测机对故障的变化趋势进行监测和处理。如果系统设备的故障没有得到有效的处理, 就会使水轮机的调速系统逐渐丧失速度调节的能力, 此时系统设备处于故障点。故障点表示系统设备已经出现了较为严重的损坏。通常情况下, 系统设备从故障萌发点到故障点需要一定的时间, 通过查看系统设备频率和开度的变化趋势, 就可对系统设备中发生故障的位置和特性进行综合诊断。

2 水轮机调速系统优化维护模块的设计

如今, 我国水电站的控制系统正趋于完善, 同时还具有健全的管理功能, 但在实际运行的过程中, 控制系统和管理功能并没有实现有效的融合和联系, 而且水轮机调速系统的维护功能并不能满足实际的需求, 甚至还没能从维修体系中完全脱离出来。因此, 对于水轮机的调速系统而言, 提出完善、科学的优化和维护模块的设计手段具有非常重要的意义。

2.1 基本结构

对于正处在运行中的水电站而言, 要对其进行优化和维护模块的设计, 首先必须要掌握水电站的实际情况, 并不能一味地舍弃现有的系统, 而运用全新的CMM系统。设计必须在充分利用水电站现有资源的基础上进行, 尽量维持系统的原样, 结合实际所需添加适量的传感装置和执行装置, 并充分利用计算机网络技术, 从而达到整合系统的目的。水轮机调速系统中优化维护模块的基本结构如图2所示。在该系统中, 通过通信技术可实现维护信息的资源共享, 有效减少了系统中不必要的浪费, 从而提升系统的稳定性和安全性。

2.2 硬件组成

在优化维护模块中, 通常需要具备系统状态监测单元和故障诊断单元, 这两部分在系统中负责数据处理、故障诊断等方面的内容, 并以PC104控制总线为核心, 运用先进的通信方式准确获取关于诊断和处理的信息。对于那些没有采集处理的信息, 会在传感器中进行针对性的测量, 同时将处理完后的信息和指标传输到水电站的控制中心, 从而为日后的诊断工作提供依据。

在优化和维护模块的执行中心当中, 需要运用到性能强劲的PC机, 并安装配套的软件, 从而为故障诊断、数据知识储备等功能提供实现的平台。不仅如此, 该系统还会使用以太网 (Ethernet) 对各个子系统进行连接, 使系统资源共享成为可能。

2.3 软件支持

在优化维护模块中, 不仅需要高性能的硬件支撑, 还需要对应的软件加以辅佐。通常情况下, 对于状态监测单元和故障诊断单元而言, 会运用到RTlinux操作平台, 并使用C语言的相关内容对其进行开发和拓展。RTlinux操作平台具有显著的多线程特点, 在对系统设备进行状态信息采集和故障处理时具有十分显著的效果。另外, 此平台还会在一定程度上支持以太网的连接。

优化和维护模块执行中心PC机的主要操作系统为Windows 2000 Server, 为满足对应软件开放的要求, 需采用Visual C++6.0作为主要的开发工具。软件开发时, 尽量拓宽软件的实际功能, 从而提高优化和维护模块的性能。

3 调速系统优化维护模块的基本功能

3.1 分析与测试

水轮机调速系统的优化维护模块可以为用户提供准确的系统数据, 包括转速、水压等方面的实际参数。该模块的每个通道都可以根据实际要求在线调节和设置预警限度。同时, 该模块还可以对水轮机调速系统的个性参数实施在线测量。这是传统检修系统无法做到的, 通过对个性参数的测量和分析, 可实现系统设备故障位置的准确定位。

3.2 故障的诊断

系统设备故障的诊断是优化维护模块的根本任务, 该模块实际上就是一种以诊断知识为基础的智能系统, 因此, 诊断知识库在该智能系统中起到了至关重要的作用。另外, 由于该模块在诊断时, 通常需要建立故障模型, 因此, 建模技术也是十分关键的。

为了加快优化维护模块的完善进度, 该模块还为会商环节提供了专门的子系统, 系统设备故障诊断的专家可结合实际情况, 对诊断知识库进行对应的扩充或整改, 并对仿真模型进行准确的调整, 从而提高系统设备故障诊断的准确性。

3.3 知识的管理

为确保系统设备故障诊断结果的真实性, 必须要具备丰富的诊断知识。优化维护模块不仅可以对诊断知识进行有效的管理和储备, 还可对系统设备的个性参数、故障实情进行全面的整合与处理, 从而提高优化维护模块故障诊断的可靠性。

4 结束语

为了找到水轮机调速系统优化和维护的全新方法, 还需要在利用有限资源的基础上, 将先进的计算机网络技术和诊断知识数据库等技术充分融入到优化和维护模块的建设中去, 完成传统维修手段无法完成的任务。相信通过不断的努力, 水轮机调速系统的优化和维护水平会上升到一个新的高度。

参考文献

[1]张润时.现代水电站综合自动化方案[J].电力系统自动化, 2012 (22) :50-53.

[2]甘茂治.维修性设计与验证[M].北京:国防工业出版社, 2011.

[3]黄中华.水轮发电机组检修的必然趋势-状态检修[J].西北电力技术, 2012 (02) :30-33.

水轮机调速 篇5

关键词: 505E智能调速器液压组合件PLC可编程序控制器

中图分类号: TQ153 文献标识码: A文章编号: 1007-3973 (2010) 04-029-01

大庆分公司热电厂自建成投产以来,1#机组采用一次油压控制转速,油路复杂,操作稳定性差,且摆动大,外网波动,无法控制本机组运行,给安全生产造成很大影响。现1#机采用了杭州汽轮机股份公司提供505E智能透平控制系统,经本次改造后,操作简单,控制精度高,而且外网波动能独立控制本机组运行。

1 系统构成

系统是由二个转速传感器,数字式调速器WOODWARD505E,PLC,液压组合件,错油门/油动机和调节阀,液压组合件上装有二个电液转换器,二个停机电磁阀,一个速关油电磁阀一个启动油电磁阀,一个抽气速关油电磁阀组成。

1.1 调速器功能

以微处理器为基础的505E调速器使用与抽汽式汽轮机(单抽或双抽)自治控制。505E调速器可实现编程组态,从而实现单一设计适用于不同的控制场合,无需更多硬件,降低了制造成本。

(1)505E的使用:有二种正常操作方式,编程方式和运行方式,编程方式用于选择具体汽轮机使用场合调速器组态所需的各种选项,一旦调速器组态完毕,通常不再使用编程方式,除非汽轮机的选项或运行条件有所改变,组态完毕后,通过运行方式用于操作汽轮机从启机到停机。此外还利用服务方式进行在线调整。、

(2)调速器面板上有4个功能键F1报警、F2超速、F3暖机、F4投抽汽。

1.2 液压组合件

是油路控制系统,可以通过就地二个速关油电磁阀,二个停机电磁阀,一个启动油电磁阀的动作与释放,可实现启动油和速关油及二次油压的建立,也可以实现关闭速关油,从而实现机组启机、停机及停抽汽。

1.3 PLC可编程序控制器

主要根据工艺要求通过与门和非门组态跟505E及就地电磁阀和电液转换器分别实现调节和保护功能。

1.4 电磁阀

二个速关油电磁阀,二个停机电磁阀,一个启动油电磁阀。

1.5 二个电夜转换器(ConverterE360)

是把505E送出的电信号转变成夜压信号去控制高调门和底调门,实现转速、功率、抽汽的控制。

2 WOODWARD505E控制原理

2.1 调节系统

该调节系统是用于带抽气压力调节驱动发电机的汽轮机,它的主要功能是对汽轮机的抽汽压力和转速(功率)进行自治调节。505E同时接到二路转速传感器信号,将接收到转速信号与转速设定值进行比较后输出到505E整定模块,最后输出信号4-20mA通过电液转换器转换成相应的二次油给错油门/油动机,去控制高调门实现转速及功率控制。一路压力变送器传来的抽汽压力信号,将接收到抽汽压力信号与抽汽压力设定值进行比较后输出到505E整定模块,最后输出信号4-20mA通过电液转换器转换成相应的二次油给错油门/油动机,去控制低调门实现抽汽压力及功率控制。

2.2 保护系统

该系统通过505E内部逻辑及PLC与现场停机和速关油电磁阀实现对接,达到保护功能。

(1)汽轮机超速有二套保护控制:一套为机跳,当转速为额定转速110%即为3300时机械保护装置危机遮断动作,机组停机。另一套为电跳,当转速为额定转速108%即为3284时,505E跳闸,切断速关油,机组停机。

(2) 外部跳闸:三个外部跳闸,其中轴位移、差胀、润滑油压3个接点并为一个接 点,当任何一个跳闸条件成立时,常闭接点断开去驱动505E及PLC执行跳闸。另一个为当HP大于30%同时转速小于800rpm时去驱动505E及PLC执行跳闸。

(3) 当两个转速探头信号消失时,505E跳闸,机组停机。

(4) 抽汽压力信号小于2mA大于22mA时505E跳闸,机组停机。

(5)505E、PLC任一失电机组停机。

3 调试与投运存在的问题及解决方案

3.1 静态调试

通过速关油和启动油电磁阀的动作,检查速关油、启动油、二次油是否建立,难点是对电液转换器进行线性化调整4mA-0.15MP,20mA-0.45MP。同时分别使505E输出为25%、50%、75%,看电液转换器输出是否线性,反复调整,使其线性合格。

3.2 动态联调: 难点主要是对转速波动的调整即PID整定

当转速达到额定转速时,转速波动范围大,油动机晃动。逐渐给定比例度P及积分时间T,反复调整使其达到稳态。

嵌入式水轮机调速器研究 篇6

水轮机调速器作为水电厂的基本控制设备,其调节控制性能直接影响水电厂乃至所连接电网的电能质量。基于可编程控制器的水轮机调速器一般价格较高,现场接口复杂,且较难应用各种复杂控制算法[1]。基于单片机、DSP等微处理器的水轮机调速器由于其价格低廉,工作特性良好,近年来得到了一定的研究和应用[2]。ARM微处理器性能的不断提升以及嵌入式技术的快速发展应用,为高性价比微机调速器的研制提供了方向。基于以上情况,本文介绍了一款基于高性能微处理器LPC1788的嵌入式水轮机调速器。

1 CPU选择

LPC1788是NXP公司生产的一款基于Cortex-M3内核,面向低成本、低功耗、高度集成的高性能32位微处理器。通过外接晶振,该微处理器CPU主频高达120 MHz,运算性能优异,能够满足一般控制器的速度及其他性能需求。该芯片是一种高度集成的微处理芯片,对传统总线结构进行了内部集成,极大增强了抗干扰能力,保证了调速器能够在静电干扰、电磁辐射等不良工况下工作的可靠性。与传统单片机及高性能DSP调节器不同,LPC1788微处理器不仅具有较高的性能,而且内部封装了丰富的资源。这样一方面可以简化系统结构,提高系统的稳定性与可靠性;另一方面,也为调节器功能扩展提供了硬件支持。该处理器内部集成有512 KB的Flash存储器、96KB的数据存储器、4KB的EEPROM存储器、SDRAM和静态存储器访问的外部存储控制器,能够出色地完成水轮机调速器技术性能要求。 该控制器片上还具有数量充足的UART接口、高性能以太网控制器、多通道12位ADC、单通道10位DAC、高速频率测量及脉冲输出接口、USB控制器、SD卡控制接口、音频视频接口以及多达165 路GPIO接口,接口之丰富极大地精简了整个系统的电路设计,降低了设计成本,减少了开发周期,提高了调节器工作的稳定性与可靠性。基于以上情况,本文选用LPC1788芯片进行水轮机微机调速器装置的开发与研制。

2 硬件系统设计

硬件系统主要由测频模块、模拟量采集模块、开关量采集模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、PWM处理模块、串口处理模块及其他功能扩展模块组成,见图1。LPC1788拥有4个32位可编程定时器/计数器,均具有捕获、比较匹配功能。系统利用片上集成的2个32位可编程定时器/计数器作为机频与网频的测量资源,另外两个作为备用。采用残压测频的方法,将滤波整形后的方波信号送至捕获输入CAP引脚。CPU内部集成了一个8路12位分辨率双极性ADC,能够直接将水压等模拟量信号经由调理模块变为0~+3.3V的信号直接送至LPC1788的ADC输入引脚,进而高速转为数字量。调速器设计了多达32路的开关量输入通道及多达16路的开关量输出通道。开关量输入信号经由隔离电路直接送至LPC1788芯片引脚。开关量输出信号由CPU引脚送至隔离放大电路后驱动后方电路。调速器内部集成有1路10位分辨率DAC,作为备用。为满足多通道的模拟量控制输出,CPU经由高速SPI外扩专用DAC芯片8544 获得多达4 路的模拟量输出通道。调速器采用CPU内部集成的PWM控制器,并设有高速脉冲调理模块,用以控制以高速脉冲作为输入的各种步进电机或伺服电机(作为电/位移转换元件)以驱动电液随动系统。调速器CPU片上集成有高速MAC芯片,通过外扩KSZ8041RNL网络芯片实现了与外部的网络连接。本着充分利用片上资源的原则,该调速器设有2路CAN总线接口、1路RS232接口、1路RS485接口及1路串口触摸屏接口、1路SD卡接口、1路标准RJ45网络接口、1路USB设备接口以及1 路USB主机接口。此外,本调速器还设有专用看门狗电路,并配有标准Jtag接口,以便于程序的调试与维护。

3 软件系统开发

系统软件由Cortex-M3系列微处理器汇编语言及C语言混合开发。其中微处理器汇编语言用于完成微处理器内核的启动及初始化程序编写,C语言用于信号采集与输出、PID算法实现、通讯控制等功能应用的开发与编写。调速器软件系统移植了嵌入式实时操作系统μc/OS-Ⅱ。μc/OS-Ⅱ是一个易于固化裁剪和移植的实时多任务操作系统内核[3,4]。与传统单片机程序依靠无限循环和中断服务相结合的方式进行程序控制的方式相比,引入微操作系统具有独特的优越性。一方面,该微操作系统以多任务管理为基础,复杂的任务管理和调度均由OS内核进行高效管理,能够更好地提高调节系统的实时性能,进而保证了水轮机调节系统的稳定性和可靠性。另一方面,该微操作系统良好的系统结构屏蔽了底层开发的诸多细节,用户可以专注于应用层的程序设计和算法改善,这极大地减少了开发的周期和研发成本。

结合单任务程序的一般开发经验,移植了微操作系统的调速器软件设计将程序分为多个任务,由系统根据所设定的优先级对所有任务进行高效地管理。调速器软件程序任务主要包括硬件初始化任务、控制命令读取与机组状态识别任务、机组状态切换及控制任务、信号采集与处理任务、PID控制与保护任务、信号输出任务、液晶屏通讯显示任务、IAP监测与实施任务、系统故障检测及记录任务、GOOSE通讯控制任务、检错和容错任务等。其中,硬件初始化任务负责对LPC1788的各个资源及关联外设的初始化工作。控制命令读取与机组状态识别任务主要负责外部输入的各种控制命令的读取,并结合当前运行参数对机组的运行状态进行识别与控制的任务。机组状态切换及控制任务包括有开机、停机、事故停机、发电、调相、空载等子任务以及机组状态切换控制子任务。信号采集与处理任务负责各模拟量、频率量、开关量的采集与处理,将处理后的数据记入内存供其他任务使用。若电站使用基于CAN总线的智能传感器,信号采集与处理任务将自动解析CAN口接收到的报文,并依照协议将测得的各数据量读入内存。信号输出任务负责各数字量、模拟量及频率量的输出。PID控制与保护任务是调速器功能实现的核心,主要负责各种PID控制算法的实现及极端工况下的保护控制,程序将根据算法选择输入状态确定运行采用的控制算法。系统内部实现了多达四种控制策略,考虑到控制策略的发展及系统的可扩展性,选用三个开关量输入作为控制算法选择的判据。液晶屏通讯显示任务负责液晶屏正常通讯及显示。IAP监测任务负责检测USB口是否插有USB设备,若有设备则判断是否包含软件更新文件,并根据结果进行Flash程序的更新与升级。系统故障检测及记录任务负责监测调速器关键部分的故障及各种报警信息,并将其依照一定格式存储于SD卡上,为工作人员的运行维护提供参考。GOOSE通讯任务负责与智能水电厂网络的数据交互工作。此外,为了提高调速器控制的可靠性,避免由于错误信息的使用造成不正确的处理与动作,系统创建了检错和容错任务。软件系统的程序结构及简单流程示意图如图2所示。

4 系统特点

基于高性能微处理器的嵌入式水轮机调速器不仅价格低廉、结构精简,而且功能强大、接口丰富、性能优越,具有较强的系统兼容性与可扩展性。其功能特点主要体现在下面几个方面。

4.1 CAN总线支持

CAN现场总线技术是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络技术。由于其具有通讯实时性强、效率高、开发周期短、接口简单等特点,近年来被逐步应用于智能传感器及步进电机的设计与应用领域。随着工业测控及生产自动化技术的不断发展,智能传感器及智能执行机构将逐步成为同类产品的主流。为了适应现场总线技术在水电站测控及自动化领域的发展需要,本调速器实现了对基于CAN总线系统的智能传感器及智能执行机构的接口支持。调速器不仅可以搭配常规传感器对测控点数据进行模拟采样和处理,而且可以直接接收由高精度智能传感器发来的实时采样数字量。此外,该调速器不仅可以驱动以模拟量或高速脉冲为输入的执行器,而且可以驱动以数字量作为输入的智能执行机构(遵循CAN通讯协议)。对CAN总线接口的功能支持,提高了本调速器对新型智能传感器及智能执行机构的兼容性,增强了调节系统整体的可扩展性。

4.2 多种执行模式

与常规调速器不同,基于高性能微处理器LPC1788 的嵌入式水轮机调速器同时支持以模拟量、高速脉冲及数字量作为输入的电液执行器。对于以模拟量作为输入的比例伺服阀等执行机构,调速器CPU自带了一路10位高精度DA,同时外扩专用DA芯片DAC8544,提供了多达5 路模拟量控制输出通道,可以满足双调机组及多喷针冲击式机组的控制要求。对于以高速脉冲为输入的各种步进电机或伺服电机等执行机构,调速器提供了多达6路PWM输出通道,可以同时控制6路执行机构,满足一般机组的控制需求。对于以数字量为输入的各种步进电机,调速器提供了两路CAN通讯接口,可以根据工程需要灵活组建控制网络。CAN总线网络可以挂载上百个通讯节点,能够很好地满足多执行机构的同步准确控制,可以满足多执行机构机组的高质量控制要求。此外,考虑到工程中可能遇到不同类型执行机构应用于同一场合的情况,该调速器能够提供不同类型控制输出的灵活组合,系统兼容好,可扩展性优越。

4.3 高精度宽范围测频

机频和网频的测量是水轮机调节系统中的关键环节。在本系统中,主频为120 MHz,在计数不分频的情况下,在50 Hz处的测频分辨率达2.08×10-5Hz。而且,由于测频的计时器/计数器为32位,可测得的最低频率为0.027 4 Hz,可见,该调速器测频单元分辨率高,测量范围宽,能够出色地满足水轮机调速器测频的技术指标要求和测频范围要求。

4.4 多种控制策略

随着控制理论的不断发展,水轮机调速器内部的控制算法得到了不断地完善和发展,高级或改进的控制算法也相继涌现,但PID控制规律依然还是主流的控制算法[5,6]。在保证调速器控制效果的稳定性、科学性和可靠性的前提下,本调速器不仅实现了国内调速器应用较为广泛的典型并联控制算法,而且对变参数PID高级算法进行了实现。用户可以对系统进行设定选择调速器内部采用哪种控制算法。

4.5 GOOSE协议支持

水电厂智能化的发展趋势是未来水电厂的发展方向[7,8],将IEC61850标准应用于水轮机调速器,是对建设智能化水电厂的有益探索。水轮机调速器作为一种专用于控制机组转速的具有自治性的控制设备,在智能水电厂标准中其需要与外部进行网络交换的信息主要包括调节模式、开停机命令、机组运行状态命令、功率给定、频率给定、开度给定、开度限制、AGC指令等。依照IEC 61850-7-410标准中对水轮机调速器逻辑节点的规定,结合目前电厂二次设备无法满足智能化要求的实际情况,我们将水轮机调速器作为一个逻辑节点HGOV,控制模式、开停机命令、机组运行状态命令及AGC投入等需要交换的数据作为该逻辑节点的数据对象,依照面向对象的变电站事件GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)协议与其他逻辑设备进行信息交互。GOOSE协议是一种实时性较高的通讯协议,其帧结构及本调速器对应的数据集结构如图3所示。如图所示,由应用层定义的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)经表示层编码后直接映射到数据链路层,有效避免了通讯堆栈造成的通讯延迟,保证了报文传输的快速性。我们依照PDU规范将调速器数据集填入APDU,并将生成的报文经高速以太网MAC芯片送入智能水电厂的GOOSE网络。调速器也可以通过接收GOOSE子网中控制单元发来的对应报文,依照规约进行解析,并依照指示命令调整调速器设备的运行与动作。

4.6 故障记录与分析

水轮机调速器作为水电厂安全经济运行的重要设备,其工作的稳定性可靠性尤为重要。基于高性能微处理器LPC1788的水轮机调速器内置故障检测、记录及分析功能,可以对测量节点异常(如水头异常、传感器故障等)、控制节点异常(如随动系统动作异常等)、命令输入异常、运行状态异常等进行监测、记录与分析,并可将其离线存储于SD卡中,用户可以定期取出SD卡读取运行故障日志为一段时间内的机组运行质量评价提供参考依据。一般运行中,用户可以通过现地触摸屏显示出当前故障,方便运行人员进行维护。

此外,所有故障记录采用磁存储器进行存储,掉电后数据不消失。

4.7 便捷的系统维护与升级

设备运行维护的便捷性是电厂工作人员比较关注的问题。基于高性能微处理器的水轮机调速器保留了传统仿真器进行系统程序升级方式的同时,提供了基于USB设备的远程离线更新方式。工作人员在进行系统的升级维护时,只需要将带有程序文件的U盘插入调速器USB接口,重新上电后,系统会自动引导加载U盘,自动烧写新的程序。这不仅提高了系统维护与升级的便捷性,同时也大大减少了设备的维护成本。

5 结语

该水轮机调速器充分利用了LPC1788微处理器片上高度集成的丰富资源,简化了外围电路设计及系统结构,在减少开发周期的同时增强了系统的整体稳定性。信号采集方面,充分考虑了智能传感器的应用潜力,提供了两路CAN口用于可能的传感器设备升级与扩展。软件内部移植了实时微操作系统μc/OS-Ⅱ,提高开发效率的同时,大大增强控制的实时性与可靠性。程序内部实现了多达四种控制策略,用户可以根据设备类型和具体工况选择适合的控制算法。为了适应智能水电厂的发展,调速器实现了对GOOSE协议的接口支持。为了方便调速器程序的升级与维护,程序内部实现了基于USB设备的IAP功能,可以方便在现场更新程序。实际测试表明,该调速器的各项控制效果良好,能够满足水电机组的控制要求,且具有良好的可扩展性。综上所述,该调速器具有价格低廉、性能优良、功能强大、可扩展性高等特点,具有较好的推广前景与较高的应用价值。

参考文献

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水轮机调速器抽动故障及消除措施 篇7

水轮机调速器因受到生产厂商的设计缺陷以及现场的运行环境等多种因素的作用, 其在运行过程中, 会相继发生机械液压系统抽动, 这样不仅对水轮机调速器的稳定性能产生影响, 也会对设备的使用年限造成一定的影响。该抽动故障的性质为偶发性, 即使经过多次处理, 还是无法对其进行有效根除, 使得设备存在着较大的安全隐患。故水轮机调速器系统消除和防止产生的偶发性抽动关键所在, 是通过水轮机调速器本身的相关性能加以完善, 并优化其运行环境, 而且注意在对水轮机调速器中, 各种软硬件进行完善和合理调整的同时, 为满足电网要求, 其必须要达到国家规定的有关标准。

1 水轮机调速器在运行中的故障

水电站水轮机调速器在投运运营一段时间后, 液压系统就会呈现出循环性、周期性和机械性的抽动现象, 致使水轮机调速器的主阀和引导阀, 产生不同幅度和频率的抽动, 从而进一步影响到水轮机调速器在投入运营后安全稳定运行。水轮机调速器在运行过程中, 对水电站水轮机进行安装和改造时, 水轮机调速器抽动也是常见故障。若故障没有进行及时处理, 则整个水轮机调速器就因机械振动造成损坏, 设备出现的功能障碍, 这样调速器就很难发挥出对水轮机机组起到调整和限定的作用, 将会对水电站电力系统酿成很大的安全隐患。

2 水轮机调速器运行中故障发生的原因

水轮机调速器通常采用内环控制体系, 对其系统结构进行分析研究, 利用主配压阀阀芯位移传感器, 将采集到的主配压阀活塞的位置信息进行转换, 通过转换的电子信号来对水轮机调速器的工作转台进行相关反馈和最终确定。水轮机调速器所处的运行环境, 主要是以不调节的平衡工况为背景, 又因调速器主阀阀芯位移传感器的电阻轨的材质多为导电塑料, 经过长时间的运行, 很容易对其造成磨损, 引起主阀阀芯传感器触电接触不良, 进而会使主阀阀芯在平衡点处随机的上下抽动的频率加大, 导致机械液压系统在运行中发生抽动故障, 从而制约着整个水轮机机组的运行。

除上述原因, 水轮机导叶反馈发出信号的波动频率较大, 也是引起水轮机调节器在运行中产生故障的原因。导叶反馈会随着振动频率的变化而发生一定的变化, 在这种变化下控制系统没有办法对信息进行收集, 进而很难掌握内部的振动情况, 从而增加了对抽动现象进行及时有效控制的难度, 这就会使得主配压阀产生抽动现象, 是使水轮机调速器发生故障的主要原因。给水轮机机组器的安全稳定运行产生影响。

3 水轮机调速器故障的消除方法和防止措施

通过对水轮机调速器在运行过程中产生的障碍及其原因进行探讨, 发现最初需要将整个水轮机调速器系统做深入全面的研究, 找出其在运行过程中出现故障的原因, 尤其是发生抽动的原因, 针对引起障碍的原因, 采取相应的消除方法和防止措施。如果确认水轮机调速器系统是由于控制部分出现问题, 使其产生抽动障碍, 那么要采取的消除方法和防止措施则是对调速器的程序做有效的改进, 让水轮机调节器系统的性能加以完善。若是水轮机导叶反馈出现故障, 在这类硬件方面的处理上, 就需要将硬件做出及时的调整亦或做出更换, 改进导叶反馈的安装方式, 改变安装的位置, 选择更加稳定的地方, 减少或者避免磨损现象的发生。对水轮机调速器在运行过程中产生的障碍进行消除的具体方法, 主要包括以下内容:

3.1 设置水轮机调速器主阀的压紧行程

水轮机调速器在进行安装、调试的过程中, 对水轮机调速器主阀行程的压紧需在停机运行状态下进行, 给调速器设置一个较小的主阀伺服控制信号, 通过对信号的控制, 进而平衡了信号的波动频率, 有效的防止主配压阀阀芯的抽动。

3.2 修改水轮机调速器数字阀控制和优化参数

为最大程度上减少或者避免水轮机调速器系统信号的震荡及变化, 可借助延时停止调速器数字阀输出的方式。这样就确保在调速器调节顺畅的基础上, 做好对抽动障碍的预防工作。对水轮机调速器参数的优化, 可采用增强PID算法。参数优化后, 需及时在主阀数组中, 将此偏差进行剔除, 从而使被调节的量近乎于设定的目标值。需加以重视的是, 水轮机调速器会在参数变化缓慢的情况下, 产生比例和微分通道近乎于不起作用的现象, 可通过对调速器的参数进行进一步调节, 以实现水轮机调速器功能稳定、防止抽动故障发生的目的。

3.3 水轮机调速器进行滤波处理

当水轮机机组处于空载的状态下, 可通过对调速器主配压阀进行调整, 过滤影响主配压阀的干扰信号, 从而有效的避免水轮机调速器抽动障碍的发生。当水轮机组在运行的状态下, 此时既没有增减信号优无非频率调节, 将比例伺服阀控制信号进行清零, 该措施对水轮调速器稳定性能有很大程度上的提高, 保证了水轮机机组与伺服阀的工作性能, 延长了使用年限。

3.4 更换导叶反馈及安装位置与主配压阀阀芯位移传感器

水轮机导叶反馈安装于导叶接力器支座上。其采用直线电位器的形式, 在开机后, 导叶反馈的振动幅度比较高, 反馈信号就容易产生波动现象, 这样就使水轮机调速器产生抽动障碍。故借助改变导叶反馈装置的形式, 在把机械转换装置安装于水轮机层, 从而有效的避免了振动问题干扰。

水轮机在实际运行中, 主配压阀阀芯的行程非常小, 从提高控制精度方面考虑, 对直线位移传感器有效行程的选取原则, 即不能与实际动作行程差距较大, 但一般较小行程的直线位移传感器多属于导电塑料电阻轨型。以现场实际需要为依托, 可将主配压阀阀芯位移传感器用非接触式的反馈装置来进行替换。

依据差动变压器的工作原理, 该类位移传感装置, 利用套在线圈中的铁芯在管内的移动, 以达到对位移测量的目的。通过更换位移传感器, 主阀阀芯位移传感器平衡点易磨损的问题就得到了有效解决。并且从使用情况观察, 水轮机调速器长期运行的要求能到完全得到满足。

4 结束语

水轮机调速器有其自身的系统特点, 它是一套自动控制系统, 倘若其中的一个环节产生障碍, 就很可能会引起整个水轮机调速系统的不稳定。实际工作中, 应结合多方面的因素, 以引起调速器在运行中产生故障的原因为出发点, 逐步对水轮机的调速器的性能加以完善, 提高自动控制设备的可靠程度, 保障水轮机调速器能够在安全可控的范围内运行。

参考文献

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水轮机调速 篇8

关键词：水轮机,调速器系统,应用,故障维修

1概述

水轮机调速器是水力发电厂发电机组的主要辅助设备,可与微机监控系统、二次回路系统相互配合来实现水轮机发电机组的紧急停机、负荷增减、开停机等多种任务。近年来,水轮机调速器系统在自动化技术、液压技术的快速发展下也取得了迅猛的发展,呈现出设计灵活、性能多样、品种繁多等特点。水力发电厂发电机组是否能够安全运行会受到水轮机调速器系统的较大影响,一旦水轮机调速器系统出现故障,那么很有可能会导致水力发电厂的经济效益下滑,由此可见,水轮机调速器系统具有较大的重要性,本文就水轮机调速器系统的应用与故障维修进行探讨。

2水轮机调速器系统概述

2.1水轮机调速器系统的基本结构

水轮机调速器的组要部件分为执行部件、控制部件,主要用于控制发电机组的负载、水轮机的引水系统等,通常而言,水轮机调速器系统包括了水轮机调速器及其控制对象,结构较为复杂。

2.2调速器工作容量简介

对于大型的水轮机调速器而言,主要用主配压阀活塞的工作油压和直径来予以表征,工作容量通常为200mm、80mm、150mm、100mm,工作油压通常为4.0Mpa-6.3Mpa;对于中小型的水轮机调速器而言,主要用接力器的工作容量(接力器的全行程×活塞作用力,单位为N.m)来予以表征,通常为300000N.m。

3水轮机调速器系统的应用

3.1水轮机调速器系统的发展应用

水轮机调速器系统随着科学技术的不断发展而不断进步,由最早的机械液压调速器发展到现在的微机电液调速器。微机电液调速器主要包括了PCC(可编程计算机控制器)和PLC(可编程逻辑控制器)两类电气控制器,还包括了控制电机、数字阀(或比例阀)两类电液转换器,控制电机对主配压阀的控制方式是位移输出方式,数字阀(或比例阀)对主配压阀的控制方式是流量输出方式,然后再将导水机构主接力器与主配压阀连接在一起。在计算、选型水轮机调速器的液压系统时,主要包括:选择适宜的油泵出口滤油器、选择适宜的齿轮泵(螺杆泵)、选择适宜的主配压阀,选择适宜的伺服阀、数字阀或比例阀,计算回油箱容积、主接力器操作功等。

3.2水轮机调速器系统的工作原理

水轮机调速器系统是一闭路循环,由水轮机的控制系统和控制设备来组成,工作流程:第一,机组的功率P、频率f、转速n用相应的传感器测出;第二,综合分析反馈信号、给定信号、测量数据;第三,由反馈元件将相关的反馈信号传递到综合点;第四,信号放大之后,再将信号传递给执行机构,进而对水轮机的桨叶机构、倒水机构进行有效操纵。

通常而言,都是利用机械液压装置来对水轮机调速器系统进行调整,而机械液压装置主要由接力器和压力罐组成,先将高压气体充入到压力罐,再将空气充入到常规油压调速器;再将压力油用齿轮泵(螺杆泵)来抽入到压力罐体。由于大大压缩了气体,那么必然会出现较大的压强而达到蓄积能量的效果。

4水轮机调速器系统的故障维修

4.1运行阶段的故障特征

4.1.1新调试器在调试阶段的故障

主要是存在着插头组件不能较好接触、液压值不达标、比例放大器故障、线圈老化等故障。只要加强相应管理,就能够基本排除此类故障,降低故障的发生率。

4.1.2运行期间的故障

主要是存在着油液清洁度不足、元件不能够实现稳定工作、有漏油现象出现在部分密封件中、管道被工作油液反复冲刷等故障。针对这种情况,务必要加强全面、详实的检查,一旦发现问题,那么要及时予以解决,若元件已经失效,那么则务必要在第一时间内更换。

4.2调速系统的故障维修

4.2.1优化水轮机调速器控制模块参数

通常而言,水轮机调速器系统都没有配备纯机械手动式的控制模式,只有电手动式的控制模式和自动式的控制模式,那么在负载、空载的运行条件下,会导致频繁调节主配压阀,会造成整个水轮机调速器系统的频率摆动幅度、转速都较大。在这种情况下,优化水轮机调速器控制模块参数,必将能够有效地解决这些问题,并且能够让调节品质得以提高。

4.2.2及时检查液压元件、控制阀块的密封性

通常而言,若水轮机调速器系统中的液压元件、控制阀块密封性较差,那么很容易会导致整个调速器系统出现漏油、耗油量增大等问题。针对这种情况下,务必要对调速器本体进行详细检查,确保不会有机械液压漏油现象出现。

4.2.3若水轮机调速器在工作时需要采用油液,那么46号汽轮机油是首选油液,那么首先要将水轮机调速器油箱内的异物进行及时清理,确保油液的清洁度和性能;其次,要对油温进行有效控制,防止油温过高而出现泄露、磨损等问题。

4.2.4处理好偶发故障,定期检查。

参考文献

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水轮机调速 篇9

随着1971年微处理机的问世, 世界各国在20世纪80年代都开始研制微机调速器。我国微机调速器行业迅速发展的阶段就是从20世纪80年代开始的, 近期投入的大型国产调速设备全部采用微机控制。调速器大多采用的是电子调节器加电液随动系统的系统结构, 电子调节器采用自制单片机和、STD总线工业机或PLC作为调节器, 多采用冗余配置。在20世纪末, 电液转换部件逐渐淘汰环喷式和双锥式电液伺服阀, 而大多采用伺服电机或步进电机作电/机转换器。进入21世纪以来, 国产微机调速器的电液转换部件成功采用比例伺服阀;广泛采用自动复中的电/机转换器, 采用无接触式的磁致伸缩型位移传感器, 应用PLC做双机冗余调节器;人机界面采用了工业平板PC和彩色触摸屏。在激烈的市场竞争中, 国产调速设备的硬件配置品质, 生产工艺和服务质量受到广大用户的好评。

1 水轮机调速器的系统结构

我国大型水轮机调速器常见的系统结构和配置有4种:①双微机调节器+双冗余比例阀的电液随动系统;②双微机调节器+电液随功系统;③微机调节器+电液随动系统;④微机调节器+位置伺服装置+机械液压随动系统。

调速器都设置了手动操作机构, 使得在调整试验时操作调速器, 电气故障和特殊故障时关闭水轮机导叶。调速器的调整试验时操作调速器.电气故障和特殊故障下关闭水轮机导叶。第①②③种结构的调速器可选用机械闭环、机械开环、电气闭环和电气开环几种手动操作方式。第④种结构已装有机械位移反馈, 通常采用机械开度限制和手动操作机构。

2 调速器主要环节的配置

近十年来, 我国大型水轮机调速器的重要环节硬件配置的品质明显提高, 采用国际知名品牌的优质部件, 如德国Bosch公司的比例伺服阀和美国MTS公司的Temposonics磁致伸缩直线传感器。构成微机调节器的PLC过去为降低成本采用中低档产品, 现在也开始采用中高档次的产品。在硬件配置上国产调速器已与国际接轨, 并不固守所谓的“国产化”, 哪个品种的质量好, 适合于提高调速器的品种就采用哪种。

2.1 微机调速器的硬件配置

PLC、IPC、PCC均在微机调速器中得到应用, 都可以满足调速器的控制性能和功能要求。PCC融合了PLC和IPC的优势, 是后期开发的工业控制机产品, 目前仅有一家公司生产。IPC和PLC则在全球微机销售量上占绝对优势。PLC构成的微机调速器在我国现在是, 将来也会保持主导地位。

(1) 位移传感器。20世纪80年代, 精密线绕电位器作位置传感器配置在国产调速器上, 如今只在中小型低价位的水轮机调速器中使用这种接触式传感器。进入21世纪以来, 大型调速器配置的位置传感器多为美国MTS公司的磁致伸缩型直线位移传感器。其测量范围为50~1220mm, 供电电压在13.5~26.5V范围, 输出信号可以是4~20m A (或DC0~10V) , 也有数字量输出的产品。该产品技术性能优良, 工作可靠性高, 早些年已广泛应用于冶金行业中的恶劣工作环境。

(2) 人机交互界面。近几年投入运行的大型水轮机调速器, 大多采用了触摸式液晶显示屏。随着彩色触摸屏的应用, 调速器的人机交互界面内容友好、丰富, 有最基本的状态和参数指示, 还增加了图形显示, 故障记录, 以及现场试验数据和曲线的记录显示等。并且硬件构成十分简单, 进用通讯方式和主机连接, 减少了很多硬接线, 降低了调速器故障率。

2.2 电液转换部件

大型调速器中电/液转换部件多采用的是Bosch公司的比例伺服阀。如岩滩、桐柏、公伯峡、乐滩、桐子壕等水电站。

最新推出的电/机转换部件采用三菱公司的MTNAS的交流伺服电机和交流伺服驱动器, 用它和具有自动浮肿功能滚珠螺旋机构组成电/机转换器, 其功能与传统的电液转换装置相同, 将电气量成比例转换成机械位移。

用步进电机和具有自动复中功能的滚珠螺旋机构构成的电机转换部件, 输出力巨大, 工作可靠性高。在我国尤其是大中型水轮机调速器中广泛应用, 技术成熟, 经验丰富, 同样是一种很优秀的电/机转换部件。

2.3 手动操作机械

在水轮机调速器技术标准中要求调速器必须设置手动操作机构, 大型和巨型水轮机的用户都十分重视手动操作的可靠性, 调速器中设置手动操作机构是为了方便在调整试验和电气故障特殊情况下保证能关闭水轮机导水叶, 目前国产调速器均设置了手动操作机构。20世纪80年代以前, 我国调速器大多采用了带机械反馈的机械式手动操作机构, 而且一般与机械开度限制合二为一。近些年调速器采用较多的时电气手动操作方式, 国外的调速器也具有这种趋势。目前国产调速器中手动操作方式有四种:机械开环手动操作方式、机械闭环手动操作方式、电气开环手动操作方式、电气闭环手动操作方式。不论是开环和闭环的机械手动操作都能保证故障时导叶关闭, 由于目前我国属于大电网, 没必要在电气故障时要求机组长期手动运行, 因此机械闭环手动操作的必要性不大。开环手动操作可以是大型和巨型水轮机调速器的紧急控制方式。

2.4 主配压阀

根据控制方式, 国产大型调速器的主配压阀分为两类:一类是是受机械位置控制, 即输入量为机械位移;另一类是受流量控制, 即输入流量。这两类主配压阀均和辅助接力器连成一体。

我国设计和生产的受流量控制的主配压阀有两种。一种是东方电机有限公司、武汉三联水电控制设备公司、武汉事达电气公司和国电南瑞科技公司设计的辅助接力器 (主配压阀) 带有位置电气反馈的主配压阀, 这类主配中为了在电源消失时使主配压阀自动复中, 各家用了不同的技术措施。国外调速器大多也采用这种辅助接力器带有位置电气反馈的主配, 但他们不作断电自动复中的处理。另一种是武汉长江控制设备研究所研制的带有液压内反馈的主配压阀。由于采用液压内反馈, 主配压阀的位移与比例伺服阀输人流量成比例, 当比例阀控制电流消失时, 由于采用了液压内反馈主配压阀阀芯将自动复中。主配压阀在调速器中虽然是十分重要的环节, 不论是设计还是制造方面其难度都不大。我国完全没有必要从国外购买, 我国在设计及生产调速器主配压阀方面有十分丰富的经验, 并有成熟的产品。

3 总结

通过现场调查、函调和考察国内调速器主要生产厂家的产品和资料.可以看出国产大型水轮机调速器的功能十分完善, 技术性能优良, 绝大多数调速器的技术指标能全面达到国家标准《水轮机调速器及油压装置技术条件》的要求。尽管各生产厂家调速器的配置结构不完全相同, 但是所能实现的基本功能基本相同。

摘要：水轮机调节系统是电站重要的基础控制设备, 对电能品质和电站安全经济运行有直接影响。水轮机调节的研究对水电事业的发展具有重要的现实意义。本文在调研的基础上, 介绍了我国近期投运大大型水轮机调速设备的系统特征, 包括常见调速器的系统结构和调速器主要环节的配置。

关键词：大型水轮机,调速设备,特征

参考文献

[1]孔昭年, 主编.2009年中国水电控制设备论文集[M].武汉:长江出版社, 2009.

[2]陈乃祥.水利水电工程的水力瞬变仿真与控制[M].北京:中国水利水电出版社出版社, 2005.

[3]魏守平, 编.水轮机调节[M].武汉:华中科技大学出版社, 2009.

[4]叶鲁卿.水力成控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2009.

水轮机调速 篇10

关键词：水电站,水轮机,调速系统,故障

水轮机调节系统是根据机组转速 (频率) 的变化不断地改变水轮机过流量来实现水轮机输出功率的调节, 该系统是由调速系统和调节对象组成的闭环系统。其中调速系统包括调速器电气部分、电液随动部分以及油压系统, 调节对象包括水轮机及其有压过水系统、发电机及电网。水轮发电机组的运行调节、工况转换和操作, 都是在具有相应功能的水轮机调速器控制下实现的。如当用户负荷变化时, 水轮机调速器则按一定的调节规律控制导水机构改变进入水轮机转轮的流量, 以恢复机组的力矩平衡和转速稳定, 形成无差或有差调节特性等等, 这些都是水轮机自动调速器完成的[1]。

1 水电站水轮机调速器

水轮机调速器的基本任务是维持进入水轮机的水能与发电机输出的电能平衡, 或者是维持水轮发电机输出的电能频率恒定, 即在电网中参与一次调频。水轮机调速器的基本作用是:

水力是一种天然资源, 洁净无污染, 属于再生能源。水力发电, 是利用水的位能来转动水轮机, 再将水轮机械功率传送至发电机转换为电能。常见的水力发电方式有川流式、水库式、抽蓄式等。水力发电是一种成熟的技术, 历史有百年以上, 在世界各国的发电史也都有水力发电的足迹。这使得水轮机、水闸、发电机等设备工业相当发达, 技术也相当成熟。调速系统主要用来控制同步发电机的输出功率, 包括调速机构 (Speed governor) 、速度控制机构 (Speed control mechanism) 、调速控制阀或闸 (Speed control valves or gates) 等三部份。调速机构的目的是检测发电机转速与转速参考值之间的差值, 速度控制机构的目的是将转速差值转换成较大功率的控制信号, 调速控制阀则是依控制信号调整水阀开度, 进而控制水轮机输出机械功率。

2 水电站水轮机调速系统的故障诊断分析

调速系统在水轮机组中有着举足轻重的地位, 迅速找出调速系统故障并及时排除故障, 对电力系统的安全运行具有重要意义。针对国内某电厂调速系统, 把故障类型分为13类, 即导叶电液转换器零点漂移过大;轮叶电液转换器零点漂移过大;导叶电液转换器卡阻;轮叶电液转换器卡阻;导轮叶协联不好;导叶主配发卡;导叶接力器间隙过大;导叶行程故障;轮叶行程故障;输出电源故障;机频测量故障;管路漏油;A/D转换电路故障。并确定每类故障现象由6个模拟输入量和11个状态开关量决定[3]。

电力系统的负荷总是在不断变化的, 有些随机变化的负荷波动的周期为几秒至几十分钟, 这种负荷波动的幅值通常可达系统总容量的2%-3%, 而且是不可预见的。此外, 一天之内系统负荷有上午、晚上两个高峰和中午、深夜两个低谷, 这种周期性变化负荷基本上是可预见的。但从低谷过渡到高峰的速度往往较快, 如有的电力系统记录到每分钟负荷增加达系统总容量的1%。电力系统负荷变化必然导致系统频率的变化。因此, 必须根据负荷的变化不断地调节水轮发电机组的有功功率输出, 以维持机组转速 (频率) 在规定范围内。这就是水轮机调节的基本任务。

3 水电站水轮机调速系统故障的处理措施

3.1 管理好油液的性能和清洁度。

水轮机调速器的主要特征是使用油液来进行工作, 目前使用的油液为46汽轮机油, 油液粘度随温度变化而发生较大变化。粘度过低会使磨损增大、泄漏增大, 粘度过高则会使管路的损失增大。因此必须要管理好油液的性能和清洁度, 要及时处理油箱内层脱落物, 及时清除管道的锈蚀粘沙。

3.2 处理泄漏问题。

调速器的高速动性使得一定范围内的液压冲击是很难避免的, 这也是导致泄漏的重要原因, 因此必须要及时合理地处理泄漏问题。做到及时发现问题, 适时进行泄漏的检查并要做好维修工作。

3.3 延长调速器的寿命。

调速器的使用寿命与可靠性跟周围的环境、使用情况等有着非常紧密的关系, 要想提高调速器的使用寿命, 就要在维护管理上多下功夫, 改善使用条件和工作环境, 延长调速器的使用寿命。

3.4 及时处理初期故障。

感应发电机就是一部感应电机运转在高于同步转速的情况下。感应发电机最大的好处就是结构简单, 因为它不需要独立的磁场电路, 也不需要维持在固定的转速。基于这些理由, 使得感应发电机成为小水力发电系统的良好的选择。然而, 感应发电机也有先天上的限制, 因为它缺乏独立的磁场电路, 所以无法产生旋转磁场, 此磁场必须由大型系统或电容器组来提供。此外, 它会消耗虚功率, 所以常常会连接电容器组来改善功率因数[4]。在约200秒时达到稳定。水轮机转速, 亦即同步发电机的转速, 因为与大型系统并联的关系, 因此即使负载大于发电机输出功率, 也会由大型系统供应而使得发电机的转速维持在同步速度。发电机端电压维持在1.0 pu, 这是因为有激磁控制系统以及与大型系统并联的缘故。同步发电机的实功率和虚功率, 实功率会随着原动机机械功率的变动而变动, 虚功率因为没有特别设定, 因此输出很小, 虽略有变动, 但影响不大。由于电源稳定, 因此没有任何变动。无限汇流排供应的实功率与虚功率, 等于负载的实功率和虚功率与发电机的实功率和虚功率的差值。

结束语

作为我国基础能源设施之一的水电行业, 经过多年的发展已经广泛运用了水轮机调速系统, 随着科技的发展进步, 该系统也获得了较大的发展。本文就水轮机调速系统的应用与故障维修进行了研究, 为我国水电行业中水轮机调速系统的合理应用提供了参考价值。

参考文献

[1]周勇, 文艺.双调微机调速器甩负荷时故障原因分析与处理[J].水电站机电技术, 2014, 2:51-53.

[2]孔繁镍, 李啸骢, 吴杰康, 李刚.具有多性能指标的水轮机调速器非线性设计[J].电工技术学报, 2014, 4:229-236.

[3]孔繁镍, 赵元庆.含调压室的水轮机调速系统非线性设计[J].人民黄河, 2014, 5:123-125.