水电站调速器安装及质量控制的分析

水电站调速器安装及质量控制的分析

吉祥

云南新华水利水电投资有限公司 云南昆明 650200

摘要：调节器是水电厂控制流量，控制机组启动、停机和应急停机的重要装置。文章着重对龙江水电站1号机组调速器系统进行技术分析，并对其进行详细的阐述，并对其进行详细阐述，以保证电站的稳定和安全运行。

关键词：设备安装工艺；质量控制；调速器

水力发电厂，顾名思义，就是一种利用水能来生成电能的发电厂，它的主要工作是让水流在水轮发电机组中流动，然后将水能转化为电能，进而进行发电。水力发电的稳定性并非恒定的，有时候，由于电力系统负载的持续变化，会对频率造成影响，只要让机组的旋转速度在一定范围内，就能确保发电的稳定，要持续地调整水轮发电机组的输出功率，才能使其稳定。

一、水电站调速器安装技术

（一）施工准备

在进行施工之前，安装人员一定要对设计图纸以及厂家的相关技术文件都要了如指掌，按照设备明细表对到货的设备进行清点，如果发现了有问题的设备，要立即向监理人汇报，并对其进行详细的记录，并在经过设备厂家的处理后，才能进行设备的安装。除了那些经工厂明确规定“不准拆卸”或者经工厂工作人员同意不需要拆除的部分，其他的部分必须拆开，清理，检查，重新装配，确认合格后才能进行正式的安装。高压油罐、回油罐的安装，以及电气盘柜的安装，必须按照生产厂家和设计图纸的技术标准进行。在与生产厂商合作完成试车、试车的过程中，对每个步骤都要有详细的记录，并形成最后的报告。

（二）水电站调速器安装

1、调速器基本原理和设备特性

水轮机控制系统 用来检测被控参量（转速、流量、水位、功率等） 与给定参量的偏差，并将它们按照一定特性转换成主接力器行程偏差的一些设备所组成的系统。

被控制系统 由控制系统控制的设备或物理量，包括水轮机、引水和泄水系统，发电机以及所并入的电网。

调速器通过外围的水位、频率、有功功率、导叶开度等传感器将机组的信息送至控制器，控制器将这些信息与监控系统或者调速器面板上的控制指令进行综合，判断机组当前的工作状态以及控制目标，并且将控制信号送至执行机构，将控制指令经过电液转换之后最终作用在导叶接力器上，从而改变机组的运行状态，达到预期的控制目标。

◆ 机组在并网运行前，调速器将机组调整到额定转速运行，此时调速器的作用为频率调节器，其调整目标是把机组频率调整到额定值。

◆ 机组在并网运行后，机组向电网输出有功功率，调整水轮机的导叶开度能够改变机组输出的有功功率大小，此时调速器作为有功功率调节器工作，其调整目标是把机组发出的有功功率调整到电网需求的数值。同时，调速器需要控制导叶开度，使得机组发出的有功功率不超过机组的额定功率，所以调速器也作为机组有功功率限制器使用。当电网频率波动超过设定值后，调速器自动变为频率调节器，将机组频率稳定在机组额定值。

（二）MGC4000 系列调速器电源系统特点

◆ 输入电源交直流 220V 互为备用。

◆ 内部电源组成：开关电源交叉冗余合成控制和公共 DC24V 电源，其 DC24V 电源与外部电源供电电源为完全隔离，保证调速系统内部电源可靠性。

◆ 双机实现完全独立供电，任何一套微机控制器出现电源故障，不影响另外一套微机控制器正常运行；既能做到保证一套正常运行的前提下，切除备用机电源，方便检修运行人员维护检查及故障排除。

◆ 辅助电源 AC220V 为风扇散热、检修调试插座、柜内照明和柜内除湿等辅助功能供电。

二、信号的处理及故障判断

工业环境中的多数信号都存在干扰，也可能出现信号突然中断等情况。为保证机组采用的信号更加接近真实值，使得设备更加安全稳定地运行，就必须对这些信号进行处理，及时判断信号故障，并做出合理的应急处理。针对本设备运行环境的特点，设备中采用“限幅滤波”的方式对模拟量信号进行处理，即不断地检测本周期采样与上周期采样的差值，越过设置的容忍范围则本次值无效，反之则有效，当采样数值越过所使用的传感器的有效量程之后会判采样故障。

三、测频部分工作原理

（一）测频部分工作原理

测频的回路：单套控制器测频回路为 1 路机端 PT 信号、1 路电网 PT 信号、1 路齿盘信号，分别输出残压机频、电网频率和齿盘机频。机端 PT 信号与齿盘信号为机组频率冗余系统，在机组频率越低，机端 PT 的幅值就越低，测量难度就越大，而齿盘装置的“齿”部每次掠过探头，探头就发出一个脉冲，脉冲的幅值固定，所以在频率较低时，齿盘测频能够更容易测得频率值，机组转入空载运行之后，励磁装置投入，机端 PT 电压升高，当机组频率大于设定值（默认值 45Hz）时机端 PT 信号作为测频信号，机频低于设定值（默认值 30Hz）时将齿盘测频信号作为测频信号。机组在空载或者负载运行的时候发生残压测频故障，自动切换到齿盘测频，齿盘测频足以保证机组运行，但齿盘测

频的实际精度受限于齿盘加工的精度以及齿盘探头安装的水平。

测频的算法：残压频率信号或者齿盘脉冲信号经过整形处理后成为标准的方波，方波信号送入控制器测频专用模块进行周期测量 T，最后根据公式 f＝1/T，计算出频率值。

三、龙江水电站1号机组调速器缺陷问题与处理分析

（一）问题

通常在机组并网运行时，会发生正极信号消失的问题，一旦出现，机组的导叶就会以最快的速度打开到最大，然后就会产生一系列的问题，比如过载负荷和飞逸。当轮叶、导叶主配引导阀卡住不动时，必须对调速系统进行排气，排气的过程既耗时又费力，而且会影响到机组的正常运转。如果主电源的拒绝设置不够严格，还会增加故障的可能性。问题一旦产生，就会产生不良的影响和后果，所以就必须采取相应的措施来解决。主配压阀的拒绝信号通常采用主配压阀活塞上的冲程开关信号，该冲程开关信号只有在闭合时才会重置，而且在多数情况下，该冲程会维持2-4 mm的冲程，多数主配压阀冲程超过该冲程，从而造成冲程开关的稳定性不高，从而增加了保护的误动危险。输出方式靠电压的导叶传感器都会存在输出信号发出后收集侧的电压都会经过一段时间才会消失的问题，一旦出现，就会影响到调速器对反馈何时消失的响应时间，从而造成相关信号消失后实际开度的变化量过大。轮叶、导叶主配阀卡住不动，通常端盖与引导阀之间都是以 O型的密封方式进行密封，这种密封的间隙为0.02 mm，其上行的驱动力由下行的弹簧产生，操纵力较小。而向下驱动的动力则来源于上方的专用变速设备，并且操纵力更大。因此，如果端帽与导向阀杆之间的间隙过小时，并且摩擦力超过某一数值，则导向阀将被卡住在闭合的一侧。

（二）处理优化

1、电磁阀增装续流二极管

调速器控制系统由FC-20000主配（导叶）和FC-5000主配两部分组成，为了兼顾导叶、自动控制模式，在调速器控制系统中一共设置了12个电磁阀。检查全部的螺线管（有些漏掉），并且确定所有的螺线管都安装了正确的续流二极管。

2、PCC底板接地处理

替换调速器控制系统 PCC安装轨道：把原来的绝缘轨道替换为金属轨道，这样 PCC控制器就可以可靠地插入到保护地网中，IP161组件的抗干扰能力得到了有效的改善。

3、修正通信网络接线方式

将RS485总线修改成一种手拉手式的网络架构： A套件与 B套件 PCC的两个RS232转RS485模块的两个1、2管脚，通过 A套件RS232转RS485模块发送到监视系统，为了降低干扰，在 B套件RS232转RS485模块上增加了120欧姆的终端电阻。

4、降低IP161模块内存利用率

由于在调节速度控制系统 PCC与监视系统和触摸屏之间的通讯流量比较大，并且对IP161的资源的占用比较大，因此，调节速度与监视系统 ModbusRTU通信程序段的循环周期从100 ms变更为200 ms。

结束语：

龙江水电站1号机组调速器安装与水电站的安全运行有着密切的联系。在安装的过程中，必须严格依照设计图纸进行施工，要对质量及工艺的控制进行严格的把关，对施工中的每一个环节都要进行高度的关注，以降低质量事故的发生，保证调速器在投入使用后的稳定、安全。

参考文献：

[1]郑晟.浅谈水电站调速器安装及质量控制[J].安装,2022(S2):16-18.

[2]冯喆,李博,郑德芳.水电站调速器控制系统典型故障分析及处理措施[J].水电站机电技术,2022,45(05):56-58.