分析水电站调速器电气控制系统设计与改造思路

分析水电站调速器电气控制系统设计与改造思路

刘帅

（吉林敦化抽水蓄能有限公司吉林省133700）

摘要：水电站在航运、发电以及防洪等方面均起到不可或缺的关键作用，极大的促进我国社会经济发展，水电站建设成为社会所关注的焦点。在水电站中，其中的调速器电气控制系统是其中关键的组成部分，并且与整个水电站的运行质量有着密切联系。所以，本文将以实例为基础，对水电站调速器电气控制系统设计与改造进行阐述。

关键词：水电站；调速器；电气控制系统；设计；改造

引言：

在众多水利工程中，水电站的建设与民众的生活、工作以及区域经济发展有着紧密联系，而随着我国经济发展速度的日益加快，对水电站在功能方面的要求也日益增加。在水电站运行过程中，要确保其中各类电气设备均存在良好的性能状态，最大限度的降低电气设备在水电站运行过程中所出现故障的概率，对于调速器来说，其作为水电站中关键的电气设备，对水电站运行稳定性方面有着关键作用。因此，在对水电站调速器进行改造设计时，务必要以正确的思路来完成调速器改造任务，为水电站的平稳运行奠定坚实的基础。

一、水电站调速器电气控制系统概况

在某水电站中，其所安装的180MW混流式水轮发电机组数量为六台，并均采用法国公司生产的调速器。对于该水电站来说，其设计发电量约为27亿千瓦时，其中的发电机组通过发变组单元和220KV系统相连接。此外，220KV系统的接线为双母线形式，并且三个电网与其所含有的三个回路相连接，而其中调速器系统工作状态将会对水电站的运行质量以及运行安全性有着十分紧密的联系。电气控制系统中配置了2套独立32位工业计算机组成的电气控制屏单元，其中一套为主用电气控制屏，另外一套是备用电气控制屏，在正常运行过程中都使用主用电气控制屏，如果主用电气控制屏发生了事故，则自动将其切换到备用电气控制屏。2套电气控制屏均由调速模块、位置调节模块组成，每套电气控制屏设置了1个液晶显示屏，每页都显示了2行4个参数。主用电气控制屏和备用电气控制屏分别利用PT残压测频和齿盘测频。系统中I/O设备彼此是独立的，2套电气控制屏控制输出均为±10V直流电压信号，电液转换器采用环喷式结构，对调速器接力器动作进行控制，最终实现导叶开启及关闭。

二、调速器电气控制系统设计与改造

1、系统选型

本文所举例的水电站，其运行时间已经有多年，随着运行时间的不断推移，调速器电气控制系统所出现问题的概率日益增加，尽快调速器中的机械部分的运行质量还较为良好，但是对其中电气控制系统的改造已经迫在眉睫。由于本次改造不对调速器机调部分做任何改动，为了保证完成改造以后调速器控制系统可以和机调部分良好衔接，保证运行的可靠性，本次改造仍然选择法国ALSTOM公司生产的T-SLG型控制系统。

2、系统配置

系统基本模块为UPC单元处理模块与SPC位置调节模块，且调速功能有UPC模块来实现，SPC模块则负责控制接力器行程。此外，为了提升系统的可靠性，决定采用完全冗余模式的配置来进行系统改造。在系统工作期间，调速器的控制由UPC与SPC模块负责，如果有故障在主用装置中出现，便可自动切换到两个模块，从而使系统保持正常工作状态，有助于提升调速器系统的稳定性与可靠性。

3、系统功能设计

3.1开停、机命令回路

在调速器正常运行时，需要开出1个脉冲命令，由RO继电器励磁不同接点开入至UPC模块连接，以实现调速器开机控制，调速器运行过程中需开机令保持R0一直开入，为了保证停机或发生事故时，调速器还能正常运行，调速器R0开入接点复位以后，调速器会自动将导叶关闭。开机令R0继电器复归，主要依靠停机继电器励磁后复归，脉冲信号是继电器励磁是从外部开出的，从而实现对停机的控制。

3.2系统控制电源

调速器系统设计1路直流220V电源输入、1路交流220V，二者分别与2个不同电源模块连接，并转换成DC24V电源，在此基础上形成电源相互热备，为柜内设备提供工作电源及控制回路电源。柜内工作电源、控制电源均为DC24V电压等级，这种设计不仅可以提高设备运行的可靠性，还有利于维护工作安全性的提高。

3.3调速器测频

按照2套系统配置，每套系统都设置成了1路齿盘测频、1路PT电压测频。系统正常运行过程中，每套UPC模块主要为PT电压测频，一旦PT电压测频发生故障以后，齿盘测频将会自动发挥其测频作用。机组空载态运行情况下，主要应用UPC模块PT电压测频和齿盘测频，如果PT电压测频和齿盘测频都发生了故障，则自动切换到备用系统运行，不会对机组的正常发电造成影响。

3.4开机与并网实现过程

机组开机需要分阶段执行两级开限控制，首先，调速器得到了开机命令后，会立即将信号发至电液转换器，这时可将一级开定值限制运行设置好，在运行一定时间之后，机组的转速会设定额定转速为目标值，并自动开启二级限定值的开度，直到机组的转速达到额定转速为止，UPC模块会按照调速器设定的最大开限定值执行。机组并网以后判断有并网令，然后按照所选择的控制方式实现有功符合调节。

3.5系统控制方式

调速器系统设计中会涉及到功率反馈、导叶开度反馈等模式，通常情况水轮发电机组会对系统功能进行调整，将功能放在计算机监控系统，在相关模式继电器尚未开入时将调速器控制模式设置为导叶开度反馈控制模式。如果功率反馈模式继电器R5有开入，这时调速器控制模式应该是功率反馈控制模式。如果调速器系统反馈模式继电器R7有开入，这时调速器控制模式应将模拟量设定保持在4~20mA范围之内。在控制过程中应按照控制需求选择控制模式，对调速器进行有效控制。

3.6一次调速

调速器具有一次调速投入、退出功能，如果监控系统对调速器发出了信号R4=1，调速器接收信号以后，同时会为监控系统开出基于一次调频投入状态的信号。调速器共设置了2组参数（Bp和Ef），其中一组的作用是正常发电，另一组的作用是一次调频状态，结合一次调频状态转换相应的参数。如果机组频率超过了一次调频人工失灵区，调速器会按照调频规律进行调节，并为计算机监控系统发出信号，在机组频率进入到该区域以后，调速器将会发生动作，复归到一次调频动作信号中。

3.7运行方式

调速器系统设计主要有主用现地自动运行、远方自动运行、主用现地手动运行等多种方式，因此可以结合实际需要在不同方式之间自由切换，从中选择合理的运行方式。

3.8自动跟踪手动运行

在调速器系统设计过程中，系统在手动运行过程中，不自动跟踪手动调节输出信号，运行人员由手动切换成自动运行时，这种情况下调速器自动跟踪手动会将调节信号输出出来，以保证自动和手动调节输出信号的一致性，从手动到自动运行切换的过程中，扰动是比较小的。

三、结语

改造后，调速器电气控制系统不仅存在友好的人机交互界面，而且操作上也更加便捷，系统故障率也显著下降，极大的提高了水电站运行的安全性。总之，对于水电站调速器电气控制系统来说，采用合理、科学的思路来对其进行设计与改造，对降低水电站的安全隐患以及提升水电站的经济效益有着积极的意义。

参考文献：

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