孟凡東，金玉成，靳麗娟

功果橋水電站發(fā)電機調(diào)速器的三機冗余控制

孟凡東1，金玉成1，靳麗娟2

（1.哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2.哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150040）

水電站發(fā)電機調(diào)速器為了獲得較高的可靠性，電氣部分主要采用雙機控制和三機控制；而機械部分主要采用雙比例閥作為電液轉(zhuǎn)換裝置的冗余控制。本文著重從電氣和機械兩方面介紹功果橋水電站調(diào)速器的控制原理，實際運行證明該結(jié)構(gòu)成熟可靠。

調(diào)速器；三機冗余；雙比例閥

功果橋水電站裝機4臺225MW混流式水輪發(fā)電機組。該電站調(diào)速器均由哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，并于2012年上半年前全部投產(chǎn)發(fā)電。調(diào)速器型號為WT-150-6.3，是全數(shù)字式電液調(diào)速器，主配直徑150 mm，額定工作油壓為6.3MPa。

1　電氣部分構(gòu)成及工作原理

調(diào)速器的電氣部分為三機冗余控制，電氣控制核心器件采用奧地利貝加萊公司的兩套PCC2003系列可編程計算機控制器組成雙機冗余容錯自動控制系統(tǒng)，并配置有德國西門子S7-300 PLC作為電手動機構(gòu)。

1.1三機冗余控制結(jié)構(gòu)及切換原理

圖1　三機控制結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Three machine control strutcture diagram

調(diào)速器正常工作情況下，A機 （PCC-A）、B機（PCC-B）和C機（PLC）在系統(tǒng)上電后均開出“本機主用就緒信號”，A機和B機先開出“本機主用就緒”者即為上電后主用機。一旦A、B機中任何一個獲得調(diào)速器控制權(quán)后，將屏蔽掉另外一個PCC和C機的控制輸出，防止控制輸出混亂，此時可手動切換A、B機誰做主用機；當(dāng)雙PCC中任何一個出現(xiàn)致命故障時，則該機不再輸出“本機主用就緒”信號，而此時如果另一個PCC無致命故障，則調(diào)速器自動切換到另一個PCC主用；當(dāng)雙PCC均發(fā)生致命故障而均不再輸出“本機主用就緒”信號時，而此時C機無致命故障仍輸出“本機主用就緒”信號且C機未手動投入，則C機自動獲得調(diào)速器控制權(quán)；無論A機和B機是否出現(xiàn)致命故障，如果手動旋轉(zhuǎn)調(diào)速器電氣柜上“C機手動投/退”選擇開關(guān)至C機投入位置，則A機和B機均強制退出控制，此時如果C機無致命故障則C機投入控制，否則所有控制輸出均被屏蔽，調(diào)速器失去對機組控制權(quán)，只有當(dāng)調(diào)試或者檢修的時候才人為切換選擇開關(guān)至C機投入位置［1-2］。

1.2控制原理

無論機組處于電手動還是自動工況，兩臺備用機均根據(jù)實時采集的導(dǎo)葉反饋實現(xiàn)三機之間的無擾切換。調(diào)速器接受來自觸摸屏的運行參數(shù)設(shè)置和外部反饋：導(dǎo)葉位置、主配位置、主配中位、水頭和功率反饋，通過變結(jié)構(gòu)適應(yīng)式并聯(lián)PID計算出液壓隨動系統(tǒng)期望輸出，該輸出經(jīng)電氣開限后變成導(dǎo)葉計算輸出。

2　機械部分構(gòu)成及工作原理

調(diào)速器機械部分由德國Bosch公司生產(chǎn)的雙比例閥組成冗余電液轉(zhuǎn)換機構(gòu)對主配壓閥進行控制；兩套獨立的測速探頭及位移傳感器。

2.1雙比例閥工作原理

雙比例閥同時輸入相同的控制電流，通過比例閥切換主配壓閥控制油路來實現(xiàn)雙比例閥對主配的選擇控制。在當(dāng)前工作比例閥出現(xiàn)故障而另一個比例閥無故障時，電氣柜發(fā)出比例閥切換信號，液壓隨動系統(tǒng)將自動切換到另一個比例閥工作。

2.2比例閥驅(qū)動電流的計算

調(diào)速器根據(jù)導(dǎo)葉計算輸出、導(dǎo)葉反饋、主配反饋和主配中位測量值來計算比例閥的控制電流，由于引入了導(dǎo)葉偏差閉環(huán)和主配壓閥偏差閉環(huán)使得當(dāng)導(dǎo)葉偏差進入平衡范圍后主配剛好進入主配死區(qū)帶，接力器不再運動，從而達到導(dǎo)葉接力器實際值跟蹤導(dǎo)葉接力器給定值的控制效果。

3　調(diào)速器性能試驗

功果橋水電站調(diào)速器試驗結(jié)果均達到或者優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，完全能夠滿足電站機組對調(diào)速器的性能要求，以最先投產(chǎn)發(fā)電的4號機組為例，試驗結(jié)果如下：

3.1靜特性試驗

調(diào)差率：4%，轉(zhuǎn)速死區(qū)：0.4/萬，非線性度：0.38%。

3.2甩負(fù)荷試驗

不動時間：0.14S，甩 100%負(fù)荷，最高頻率71.48Hz，調(diào)節(jié)時間33.09S。

3.3空載頻率擺動試驗

三分鐘空載頻率擺動實驗結(jié)果如下：第一次：最高頻率50.06Hz，最低頻率49.93Hz，最大頻率差0.13Hz；第二次：最高頻率50.07Hz，最低頻率49.92Hz，最大頻率差0.15Hz。

4　結(jié)語

三機冗余控制保證了在機組并網(wǎng)運行時，即使兩臺主控PCC均出現(xiàn)故障時，機組仍能保持原負(fù)荷穩(wěn)定運行，給現(xiàn)場運維人員及時查找故障原因、排除故障贏得了寶貴時間，提高了調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)的可靠性，主配壓閥控制采用雙比例閥冗余結(jié)構(gòu)，實際運行證明該結(jié)構(gòu)成熟可靠。

［1］魏守平.現(xiàn)代水輪機調(diào)節(jié)技術(shù)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

［2］南海鵬.水輪機發(fā)電機組PCC控制［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2002.

ThreeMachineRedundantStationGeneratorGovernorControlGongguoqiao Hydropower

MENGFan-dong1，JINYu-cheng1，JINLi-juan2
（1.Harbin Motor FactoryCoLtd，Harbin，150040，China；2.Harbin Electric Power Equipment Co，Ltd，Harbin，150040，China）

The governor for hydropower station is composed by electrical part and hydraulic part，in order to enhance the stability of the governor，two or three main control processors is often adopted by the electrical part；double proportional valves as electro-hydraulic component is usually adopted by the hydraulic servo system.This paper introduces the control principle of the governor of Gongguoqiao hydropower station by the electrical part and hydraulic part.

Governor；Three main control processor；Double proportional valves

TP273.2

A

1674-8646（2015）04-0090-02

2015-04-02

孟凡東（1977-），男，遼寧人，碩士研究生，現(xiàn)從事水輪機自動化設(shè)計工作。