水輪機調速器改造為步進電機的相關論述

　　針對XT-1000型調速器在運行過程中存在的問題，保留了原有的液壓系統和接力器兩部分，采用以PLC為硬件主體的步進電機式可偏程調速器對其進行技術改造。

　　《中國電機工程學報》(旬刊)國家一級學報，國內外公開發行，全國中文核心期刊。主要出版動力和電力工程領域的新理論、新方法、新技術和新成果。主要服務對象是電力工業和電工制造領域的廣大科技工作者、高級工程技術人員和高等院校師生。

　　泉水水電廠始建于上世紀70年代，作為機組安全可靠運行關鍵組成部分之一的機械液壓式調速機(XT-1000)生產于70年代，由于運行時間長，目前存在著一定的缺陷和安全隱患，主要有以下幾個方面：1.由于運行時間長，機械元件的運動受運動間隙和摩擦力影響，因而調速器靈敏度較低，其死行程及轉速死區偏大，使機組不能快速整步并網，增加空載耗水量;2.受傳動結構及慣性的影響，接力器不動時間較長;3.其調節參數在運行過程中不能改變，這不適應水電站自動化生產的要求;4.在實際運行中其還不便于自動操作而且精密零件多，制造成本高，維修較困難。為此，我們對其進行改造。

　　一、步進電機PLC型調速器簡介

　　步進電機可編程序控制器(PLC)型系列調速器是目前中小水電站水輪發電機組控制器使用的新一代先進調速器，它由電腦調節器和步進隨動系統及油壓裝置三部分組成，電腦調節器采用可編程序控制器(ProgrammableLogicalContr011er以下簡稱PLC)，步進隨動系統采用步進電機直接控制主配壓閥的開關方式。步進電機PLC型調速器整體結構簡單、外形美觀、可靠性高、響應速度快、易操作、易維護、易擴展，可以實現無人值班，能夠給用戶帶來直接經濟效益。因此無論是新電站發電機組控制器使用的步進電機PLC型調速器，還是將舊的調速器改造為步進電機PLC型調速器，其優良的調節品質及安全可靠的保證都得到了廣大用戶的一致認可和贊譽。

　　二、改造方案

　　將機械液壓式調速機(XT-1000)改造成步進電機PLC型調速器的內容及方法步驟：

　　1.將原調速器的電氣控制柜(或機械控制柜)全部去掉，只保留了原有的液壓系統和接力器兩部分(即輔助接力器、主配壓閥、主接力器和油壓裝置)。

　　2.將原有調速器的電氣或機械控制部分更換為電腦控制器，其電腦控制器采用可編程控制器(PLC)，顯示和操作部分采用可視觸摸屏，調速器的顯示和所有操作過程均在可視觸摸屏內完成，實現人機對話。其形象優美、操作簡捷、方便、準確、可靠。

　　3.將原有調速器由菱形飛擺，來控制接力器行程的隨動部分，可變為先進的數字驅動模塊。驅動步進電機調節接力器的行程，其機械部分采用集成板塊組合式結構，可使得原來復雜的機械液壓部分變得非常簡單，免除了調速器對油質的要求，可使調速器能夠在最為惡劣的環境下保持安全可靠的自動運行，成為真正無憂型調速器。

　　三、更換為步進電機PLC型調速器的基本配置

　　為了使步進電機PLC型系列水輪機調速器能夠高度可靠，運行安全可靠。關鍵硬件引用當前市場最高級配置，全部采用國外成熟的新技術，以此保證調速器的高可靠性和穩定性，模塊化組合結構，具有免維護品質。

　　基本配置型號產地：

　　名稱 型號 產地

　　PLC(可編程序控制器) FX2N-48MT-001 日本三菱

　　A/D模塊 FX2N-4AD 日本三菱

　　脈沖發生器模塊 FX2N-1PG-E 日本三菱

　　步進電機驅動器 0EM-750 美國派克

　　步進電機 CH-9114 日本三洋

　　步進電機編碼器 FX-EEPROM-8 日本三菱

　　觸摸屏(GOT) F930 日本三菱

　　步進電機驅動電源 S-350-48 臺灣

　　接線端子 WAOD-236 德國萬可

　　四、主要技術性能

　　1.靜態特性曲線近似為一直線。

　　2.靜態特性曲線轉速死區ix≤O.08%(測至主接力器)。

　　3.水輪機突甩25%額定負荷后，接力器不動時間不超過0.25S。

　　4.在機組的各種工況和運行方式下能自動穩定運行。

　　5.采用實時變結構，變參數自適應并聯PID調節程序。

　　6.實時故障診斷報警及保護程序。

　　五、改造后的調速器具有的主要功能為

　　1.手動功能：

　　具有機旁手動開機、停機，增/減負荷功能。接受事故信號后，可自動緊急停機。

　　2.自動功能：

　　具有機旁或遠程控制的自動開機、停機、調相、增/減負荷功能。自動開機時可選擇機組頻率跟蹤網頻或頻率給定實現快速平滑并網。設有人機對話工具，采用全中文人機界面，更形象直觀地顯示各種參數，各種操作易學，易掌握，故障處理快速準確。無沖擊實現自動、手動兩種運行方式下任意方向卻換。具有很強的自診斷功能，當系統發生故障時，能及時、準確地發出報警，并顯示故障源及故障處理方法，同時采用相應的安全措施。當兩種電源同時消失時，自動無沖擊轉換為手動運行方式。開機過程中，如機組頻率信號消失，自動關機，以確保機組安全。具備各種傳感器信號故障時的保護功能，如機頻信號、網頻信號、水頭信號、絲杠及接力器位移信號消失時，保持機組運行狀態不變。當水頭信號傳感器故障時，自動轉換為人工水頭輸入，當水頭信號恢復正常時，屏蔽人工輸入，接收傳感器信號，任意方向切換對機組無沖擊。能適應多種通訊規約，與各種不同的上位機實現聯網運行，且進網、退網時無沖擊。允許修改的參數均可實現修改，在手動運行方式進行“寫參數”操作后，即永久有效。

　　3.容錯及故障診斷功能。

　　4.輔助調試功能。

　　六、改造后的調速器具有的主要性能有

　　1.高可靠性：

　　關鍵硬件全部采用國外成熟的新技術，調整器電氣部分硬件部分可靠性有保障，MTBF達30萬小時以上

　　2.易操作性：

　　由于觸摸屏的采用及全中文人機界面的引入，只要了解發電廠的運行規程，即可在中文引導下完成對機組的各種控制操作。

　　3.易維護性

　　YPBT調整器中無易損件，電氣控制部分是免維護的。機械液壓系統中由于集成構件的采用，使得結構大為簡化，除需對配壓閥和接力器進行長期間隔的定期檢修外，平常亦無需維護，減輕了操作人員的檢修人員的勞動強度，提高設備的可利用小時數。

　　4.可擴展性

　　由于PLC的硬件采用功能模塊化結構，如若干年后，對調速器進行功能擴展，只需增加必要的功能模塊就能夠實現

　　5.安全保護性

　　由于YPBT調速器具有完善的容錯及故障處理系統，當調速系統中發生非致命性故障時，裝置仍可“容錯”運行，通過裝置的故障保持功能或改變運行方式，在故障處理系統的指導下，維護人員可不停機進行故障處理，提高機組的利用率。

　　七、結束語

　　將原有調速器控制部分拆除為起始，直到PLC型調速器安裝調試完畢并網發電為止，工期短，整個過程在3-5d內全部完成。