馬玉杰

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

潘家口電廠坐落在河北省遷西縣境內(nèi)灤河干流的中上游，是國(guó)內(nèi)最早的大型抽水蓄能電站之一。電廠安裝3臺(tái)90MW機(jī)組，總裝機(jī)270MW，于1992年投入運(yùn)行。

原調(diào)速器于2005年10月23日投入運(yùn)行，為維奧公司（現(xiàn)安德里茨公司）產(chǎn)品。調(diào)速器由一套獨(dú)立PLC控制，主要包括通信模塊、開入開出模塊、模擬量輸入輸出模塊等。2016年9月，潘家口電廠對(duì)2號(hào)機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行改造，采用TC1703XL雙微機(jī)冗余調(diào)速器，設(shè)計(jì)方式為雙PLC冗余備用，并設(shè)計(jì)有一套管理PLC。

1 靜態(tài)試驗(yàn)

靜態(tài)試驗(yàn)主要包括控制系統(tǒng)實(shí)測(cè)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)Bp校驗(yàn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性測(cè)試、電源切換試驗(yàn)和CPU切換試驗(yàn)。

1.1 試驗(yàn)前檢查

1.1.1 外部接線檢查安裝單位電纜接線已經(jīng)完成，安裝自檢工作結(jié)束。調(diào)速器AC220V電源由獨(dú)立電纜線輸入，進(jìn)入指定接線端子。

調(diào)速器信號(hào)輸入屏蔽線按照要求接入，電纜屏蔽線單邊接入調(diào)速器接地端子，信號(hào)線與動(dòng)力線不能共用一根電纜。

電氣柜與機(jī)械部分的連線連接正常。1.1.2 安全檢查

發(fā)電機(jī)開關(guān)跳開，閘刀已拉開。工作門全關(guān)，進(jìn)水閥全關(guān)。水車室，轉(zhuǎn)輪室無(wú)人工作。

有關(guān)人員確認(rèn)調(diào)速器調(diào)試人員可以開始工作。油壓裝置處于正常自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。1.1.3 上電檢查

上電前斷開位移傳感器、齒盤探頭、水頭變送器的電源輸入端。

接通調(diào)速器交流、直流電源，測(cè)量?jī)陕稤C24V電源是否正常。

1.1.4 輸入輸出信號(hào)檢查

調(diào)速器電氣柜的輸入輸出信號(hào)采集調(diào)速器所需的現(xiàn)場(chǎng)外部信號(hào)，再根據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸出控制信號(hào)，包括開關(guān)量與模擬量，因這些信號(hào)是調(diào)速器工作的基礎(chǔ)，須確認(rèn)調(diào)速器輸入輸出的每一個(gè)點(diǎn)。

1.2 控制系統(tǒng)實(shí)測(cè)

設(shè)置比例環(huán)節(jié)Kp=1，主環(huán)的積分、微分、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)及頻率死區(qū)（ε）均置為無(wú)效，用信號(hào)發(fā)生器給調(diào)節(jié)系統(tǒng)施加轉(zhuǎn)速模擬信號(hào)，進(jìn)行0.1Hz和0.2Hz的給定階躍試驗(yàn)（圖1、2）。經(jīng)計(jì)算，在兩種試驗(yàn)情況下，比例環(huán)節(jié)實(shí)測(cè)數(shù)值均與設(shè)置數(shù)值一致，表明系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)功能正常。

設(shè)置積分環(huán)節(jié)Ki=1，比例環(huán)節(jié)Kp=1，排除其他環(huán)節(jié)干擾，用信號(hào)發(fā)生器給調(diào)節(jié)系統(tǒng)施加轉(zhuǎn)速模擬信號(hào)，進(jìn)行 0.1Hz和 0.2Hz的給定階躍試驗(yàn)（圖 3、4）。經(jīng)計(jì)算，在兩種試驗(yàn)情況下，積分環(huán)節(jié)實(shí)測(cè)數(shù)值均與設(shè)置數(shù)值一致，表明系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)功能正常。

圖1 Kp=1頻率0.1Hz階躍試驗(yàn)錄波圖

圖2 Kp=1頻率0.2Hz階躍試驗(yàn)錄波圖

圖3 Ki=1頻率0.1Hz階躍試驗(yàn)錄波圖

圖4 Ki=1頻率0.2Hz階躍試驗(yàn)錄波圖

1.3 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)Bp校驗(yàn)

將永態(tài)偏差系數(shù)設(shè)置為Bp=4%，將接力器行程開至50%，死區(qū)設(shè)置為0，導(dǎo)葉內(nèi)外環(huán)放大倍數(shù)設(shè)為調(diào)整好的值，另外試驗(yàn)前還需將孤網(wǎng)檢測(cè)頻率高設(shè)為110%，孤網(wǎng)檢測(cè)頻率低設(shè)為90%，以防做試驗(yàn)時(shí)進(jìn)入孤網(wǎng)狀態(tài)。機(jī)組處于開度控制模式，緩慢改變機(jī)組模擬轉(zhuǎn)速信號(hào)，記錄頻率反饋、接力器行程等信號(hào)。試驗(yàn)記錄如表1所示。

表1 永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)Bp校核

由表1可得圖5所示。

圖5 調(diào)速器靜特性曲線

1.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)大階躍動(dòng)作特性測(cè)試

導(dǎo)葉大開度階躍擾動(dòng)試驗(yàn)（圖6）。

圖6 導(dǎo)葉大開度階躍試驗(yàn)錄波圖

導(dǎo)葉小開度階躍擾動(dòng)試驗(yàn)（圖7、8）。

圖7 導(dǎo)葉小開度階躍擾動(dòng)變化（開）

圖8 導(dǎo)葉小開度階躍擾動(dòng)變化（關(guān)）

1.5 電源切換試驗(yàn)

調(diào)速器工作在模擬負(fù)載狀態(tài)（斷路器合，模擬機(jī)頻為 50Hz）：

先后切除交流、直流電源，觀察接力器變化情況；檢查是否有明顯擾動(dòng)。

由表2可知，電源切換前后導(dǎo)葉開度無(wú)變化，滿足擾動(dòng)量＜1%要求。

表2 電源切換前后導(dǎo)葉開度記錄表

1.6 CPU切換試驗(yàn)

調(diào)速器工作在模擬負(fù)載狀態(tài)（斷路器合，模擬機(jī)頻為 50Hz）：

先后在兩CPU之間進(jìn)行切換，觀察接力器變化情況；檢查是否有明顯擾動(dòng)。

由表3可知，CPU切換前后導(dǎo)葉開度無(wú)變化，滿足擾動(dòng)量＜1%要求。

表3 CPU切換前后導(dǎo)葉開度記錄表

2 空載試驗(yàn)

空載試驗(yàn)包括空載擺動(dòng)試驗(yàn)及空載擾動(dòng)試驗(yàn)，空載擺動(dòng)試驗(yàn)記錄3min內(nèi)的轉(zhuǎn)速最大值與最小值，二者差值即為擺動(dòng)值；空載擾動(dòng)試驗(yàn)通過(guò)修改頻率給定值，使機(jī)組經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程后穩(wěn)定在新的頻率。試驗(yàn)時(shí)，空載工況PID調(diào)節(jié)參數(shù)：Kp=1.2；TN=8.4；TD=0.8。

圖9 空載試驗(yàn)曲線

由圖9可知，最小轉(zhuǎn)速為99.93%，最大轉(zhuǎn)速為100.14%，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)為0.21%，空載擺動(dòng)值小于0.3%，滿足要求。

3 甩負(fù)荷試驗(yàn)

機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)是檢驗(yàn)水輪機(jī)和調(diào)速器質(zhì)量最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。通過(guò)甩負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)量水輪機(jī)的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速上升率等重要指標(biāo)，來(lái)判定機(jī)組調(diào)速器制造、安裝是否符合要求。機(jī)組甩25%額定負(fù)荷后，接力器不動(dòng)時(shí)間小于0.2s；機(jī)組甩100%負(fù)荷后，在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中超過(guò)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速3%以上的波峰不應(yīng)超過(guò)2次，從接力器第1次向關(guān)閉方向移動(dòng)起到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過(guò)0.5%止所經(jīng)歷的總時(shí)間不應(yīng)大于40s。

由圖10可知，甩25%試驗(yàn)，接力器不動(dòng)時(shí)間時(shí)間＜0.2s，滿足要求。

由圖11可知，甩50%負(fù)荷試驗(yàn)，調(diào)節(jié)次數(shù)＜1，調(diào)節(jié)時(shí)間26.4s＜40s，滿足要求。

圖11 甩50%試驗(yàn)曲線

由圖12可知，甩75%負(fù)荷試驗(yàn)，調(diào)節(jié)次數(shù)＜1，調(diào)節(jié)時(shí)間28.3s＜40s，滿足要求。

圖12 甩75%試驗(yàn)曲線

由圖13可知，甩100%負(fù)荷試驗(yàn)，調(diào)節(jié)次數(shù)＜1，調(diào)節(jié)時(shí)間25.7s＜40s，滿足要求。

圖13 甩100%試驗(yàn)曲線

4 水泵啟動(dòng)試驗(yàn)

調(diào)速器若接收到來(lái)自LCU的水泵啟動(dòng)指令，則按照與揚(yáng)程的協(xié)聯(lián)曲線以一定速度開啟至協(xié)聯(lián)開度，記錄水泵啟動(dòng)試驗(yàn)曲線。

由圖14可知，水泵啟動(dòng)后開度與水頭協(xié)聯(lián)正常。

圖14 水泵啟動(dòng)試驗(yàn)曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

本次試驗(yàn)完成了調(diào)速器控制系統(tǒng)比例及積分環(huán)節(jié)驗(yàn)證、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)Bp校驗(yàn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)大階躍動(dòng)作特性測(cè)試、空載試驗(yàn)、甩負(fù)荷試驗(yàn)、水泵啟動(dòng)試驗(yàn)，驗(yàn)證了水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，為系統(tǒng)穩(wěn)定分析及電網(wǎng)日常生產(chǎn)調(diào)度提供準(zhǔn)確的計(jì)算數(shù)據(jù)，是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的有效措施，具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。