0引言
青銅峽水電站9號機(jī)組30 MW水輪發(fā)電機(jī)于1995年8月投產(chǎn)發(fā)電，水輪機(jī)為軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組，型號為60-LH-550，采用DST-100-4.0型調(diào)速器進(jìn)行機(jī)組的轉(zhuǎn)速自動調(diào)整，電網(wǎng)頻率跟蹤和負(fù)荷控制，其結(jié)構(gòu)組成如下：電調(diào)柜為模擬電路調(diào)速器，具有導(dǎo)葉和輪葉雙重調(diào)節(jié)功能，機(jī)柜部分有導(dǎo)葉和輪葉電液隨動系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)，開度限制機(jī)構(gòu)，緊急停機(jī)電磁閥，手自動切換閥，雙濾油器及分段關(guān)閉機(jī)構(gòu)等，調(diào)速器主要技術(shù)參數(shù)為主配壓閥直徑100 mm，主配壓閥工作行程25 mm，額定工作油壓4.0 Mpa,轉(zhuǎn)速死區(qū)<0.05％，隨動系統(tǒng)準(zhǔn)確度<1.5%。
1青銅峽水電站9號機(jī)組原DST-100-4.0型調(diào)速器在運行過程中存在的問題
水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈敏度差，空載時頻率波動大，穩(wěn)定性差，調(diào)速器不能投入自動運行。調(diào)速器電柜為模擬電路控制元件，電柜電子元件漂移較大，工作性能極不穩(wěn)定，導(dǎo)致調(diào)速器工作不穩(wěn)定，電子元件易損壞，難以滿足微機(jī)監(jiān)控的要求。電液轉(zhuǎn)換器（伺服閥）抗油污能力低、易發(fā)卡，造成調(diào)速器工作不穩(wěn)定和調(diào)負(fù)荷無法正常開停機(jī)等故障，給機(jī)組安全運行帶來隱患。電氣柜主要模件備品廠家已不再生產(chǎn)。調(diào)速器生產(chǎn)廠家目前已經(jīng)不生產(chǎn)此類調(diào)速器，備品備件難購買，調(diào)速器檢修維護(hù)困難。經(jīng)水電站組織多方面技術(shù)人員專家現(xiàn)場試驗多次消缺處理，調(diào)速器達(dá)不到自動穩(wěn)定運行，問題一直未能解決，決定對水電站9號機(jī)組調(diào)速器機(jī)柜和電柜控制部分實施改造。
2 設(shè)備選型
    根據(jù)水電站9號機(jī)組自動控制部分，包括調(diào)速器電柜，機(jī)柜順序控制裝置存在的實際問題，青銅峽水電站召集多方技術(shù)人員各類專家對水電站9號機(jī)組多年存在的問題進(jìn)行分析，總結(jié)設(shè)備選型原則，技術(shù)先進(jìn)，調(diào)節(jié)性能好，安全可靠性高，功能完備，操作、檢修維護(hù)方便，調(diào)速器機(jī)柜和電柜可匹配性好的廠家為原則，經(jīng)過反復(fù)比較、論證，擇葛洲壩能達(dá)公司生產(chǎn)的WBST-100-40機(jī)電合柜的微機(jī)調(diào)速器為水電站9號機(jī)組技能改造產(chǎn)品，設(shè)計中取消了傳統(tǒng)的機(jī)械開度限制裝置，取消導(dǎo)葉，輪葉鋼絲繩反饋，用步進(jìn)電機(jī)控制方式取代原導(dǎo)葉漿葉環(huán)噴式電液轉(zhuǎn)換器（伺服閥）的驅(qū)動控制的液壓隨動系統(tǒng)，取消了主配壓閥以上的油管路，使調(diào)速器柜內(nèi)機(jī)構(gòu)大為簡化，電氣部分采用了高性能的PCC可編程控制器，取代模擬電路電氣控制部分，可實現(xiàn)精確測頻，并能實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的高速通訊。
2.1 WBST-100-40微機(jī)PCC智能調(diào)速器電氣控制主要性能與特點
WBST-100-40微機(jī)調(diào)速器具有3種操作方式，自動運行，電氣手動運行，機(jī)械手動運行。PCC可編程控制器作為主機(jī)，采用了簡單易懂的梯行圖編程，具有容錯自診斷功能。電氣回路中導(dǎo)葉，輪葉反饋采用進(jìn)口感應(yīng)式位移傳感器，無滑動觸點，避免了漂移，干擾行差等問題。具有獨特全數(shù)字式控制，自適應(yīng)變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)功能，設(shè)置了頻率跟蹤，開度跟蹤，功率跟蹤等。為適應(yīng)水頭變化要求，設(shè)置了自動和手動輸入水頭裝置。根據(jù)現(xiàn)場要求，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)可靠的通訊接口，與上位機(jī)數(shù)字通訊，實現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控管理。采用先進(jìn)的觸摸屏，實現(xiàn)數(shù)字傳遞，參數(shù)修改，狀態(tài)顯示，故障報警，故障追憶功能。
2.2 WBST-100-40微機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓部分的主要性能特點
步進(jìn)式隨動系統(tǒng)取代電液隨動系統(tǒng)，提高了抗油污能力，克服了多種液壓閥存在卡阻問題，且簡化調(diào)速器結(jié)構(gòu)，使調(diào)速器可靠性提高，實現(xiàn)免維護(hù)。實現(xiàn)漿葉開度與導(dǎo)葉開度和電站水頭的數(shù)字協(xié)聯(lián)關(guān)系，保證機(jī)組在不同狀態(tài)下實現(xiàn)高效率運行，設(shè)置導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置確保機(jī)組甩負(fù)荷時機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率，蝸殼水壓上升率，滿足調(diào)速器計算要求。具有簡單、可靠的操作功能，當(dāng)電氣部分發(fā)生故障時，可無擾動地切換到手動狀態(tài)，提高了調(diào)速器的運行可靠性。設(shè)置緊急停機(jī)裝置，可以保證調(diào)速器發(fā)生電氣故障時能較快關(guān)閉導(dǎo)葉。主配壓閥采用鍛件，閥芯為三法盤結(jié)構(gòu)形式，過流強(qiáng)高硬度材料經(jīng)久耐用，耐磨性高。采用集成式緊急停機(jī)電磁閥，連接油管少，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，可靠性高，檢修方便，維護(hù)量小。
3 WBST-100-40微機(jī)調(diào)速器的安裝與試驗
    根據(jù)水電站技術(shù)部門的要求，對水電站9號機(jī)組30MW水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行改造，按照廠家提供的產(chǎn)品重新設(shè)計電氣、機(jī)械液壓圖紙，嚴(yán)格按照圖紙要求鋪設(shè)電纜，改造油路，調(diào)速器柜體安裝。做好WBST-100-40微機(jī)調(diào)速器試驗前的各項準(zhǔn)備和通電整體試驗工作。
3.1 調(diào)速器安裝
a) 將調(diào)速器運至安裝基礎(chǔ)面后，拆除調(diào)速器機(jī)柜；將調(diào)速器整體吊至安裝基礎(chǔ)面后就位，檢查底座水平，對稱緊固調(diào)速器基礎(chǔ)聯(lián)接螺栓；恢復(fù)調(diào)速器機(jī)柜；聯(lián)接調(diào)速器反饋機(jī)構(gòu)；
b) 系統(tǒng)管路配接、油壓系統(tǒng)設(shè)備安裝完成，位置確定后，開始系統(tǒng)管路的安裝工作；清洗設(shè)備及管路附件，安裝設(shè)備與管路接口法蘭，根據(jù)實測距離和設(shè)計圖紙在安裝現(xiàn)場切割下料；合理布置管路支架、吊架，對接管路，調(diào)整管路水平度及垂直度，點焊固定并分段編號；管路焊接完成后對管路徹底清掃，進(jìn)行打壓試驗，試驗壓力為系統(tǒng)額定壓力的1.25倍，耐壓時間30分鐘，各部焊縫無滲漏；
c) 電纜管的處理、電纜敷設(shè)、掛牌、固定，電纜頭制作，芯線綁扎或走線槽，以及字頭號的打印，防火封堵等，遵從電纜安裝的一般規(guī)定。電纜在剝皮后，用500V兆歐表測試其芯線對地及其它芯線的絕緣，必須大于100MΩ。特別提到的是，進(jìn)入測速探頭、水位傳感器、位移傳感器、電液轉(zhuǎn)換器的屏蔽電纜，其屏蔽層須進(jìn)入元件的進(jìn)線孔內(nèi)。在電調(diào)柜一端，屏蔽層在緊靠芯線接線端子處分開，接入設(shè)計的屏蔽層端子。上端子的線頭，留有適當(dāng)?shù)拈L度余量，不得使端子承受芯線的拉力。電纜牌、芯線字號清晰明確。對所有電纜線兩端解開對線、查線；
d) 對到貨的油壓裝置壓力表、壓力開關(guān)、壓力變送器、液位變送器、液位信號器、補(bǔ)氣閥等進(jìn)行初步校驗和整定。合格后，妥善安裝。
3.2電調(diào)柜的整體試驗
a) 在調(diào)試人員的指導(dǎo)下，電調(diào)柜兩路電源帶電，檢查電源變換裝置正常，檢查兩路電源切換正常；
b) 調(diào)速器充油，導(dǎo)水、反饋機(jī)構(gòu)已連接，機(jī)械柜調(diào)整完畢，進(jìn)行：導(dǎo)葉開度傳感器試驗；電液轉(zhuǎn)換器試驗；電子調(diào)節(jié)器動態(tài)特性試驗；電液調(diào)節(jié)裝置極限增益試驗；容錯功能試驗，通道切換試驗；電液調(diào)節(jié)裝置漏油和耗油量測定；電液調(diào)節(jié)裝置輔助功能檢查；
c) 調(diào)速器靜特性試驗。試驗時永態(tài)轉(zhuǎn)差率bp為6%，比例增益Kp和積分增益KI取最大置，微分增益KD置于零。短接斷路器合閘位置接點。調(diào)整頻率信號源，使輸入頻率信號按一個方向增高或降低。每次接力器變化得到平衡后，記錄頻率值和相應(yīng)的接力器行程，繪制靜態(tài)特性曲線；
d) 調(diào)速器在機(jī)組空載試驗中的檢查試驗：進(jìn)行手動和自動切換試驗時，接力器無明顯擺動。在自動調(diào)節(jié)狀態(tài)下，機(jī)組3min轉(zhuǎn)速相對擺動值不超過±0.15%。頻率給定的調(diào)整范圍滿足±10%。在空載擾動量為±10%時，超調(diào)量不超過擾動量的30%；超調(diào)次數(shù)不超過2次；調(diào)節(jié)時間符合設(shè)計規(guī)定。在自動調(diào)節(jié)狀態(tài)下，調(diào)速器失去一路工作電源的試驗，觀察調(diào)速器無擺動；失去一路測頻信號，調(diào)速器無明顯擺動。失去兩路工作電源，調(diào)速器關(guān)機(jī)；
e) 調(diào)速器在自動開停機(jī)及事故停機(jī)流程中的試驗：在自動開機(jī)中，檢查調(diào)速器的兩段電子開限的執(zhí)行情況，根據(jù)開機(jī)時間和開機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)量，調(diào)整電子開限數(shù)值。在自動停機(jī)過程中檢查調(diào)速器的執(zhí)行關(guān)機(jī)情況。在事故停機(jī)過程中，檢查事故停機(jī)電磁閥動作情況；
f) 調(diào)速器在甩負(fù)荷試驗中的測試記錄：機(jī)組甩25%負(fù)荷，用記錄儀記錄發(fā)電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速量、接力器位移等量，以發(fā)電機(jī)電流消失點為起點，接力器的不動時間小于0.2s；甩100%負(fù)荷，超過穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速3%的波峰不超過2次；甩100%額定負(fù)荷后，從接力器第一次向開機(jī)方向移動起到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動值不超過±0.5%為止所經(jīng)歷時間不超過40s；
g) 帶負(fù)荷連續(xù)72h運行。
4安裝調(diào)試過程中存在的問題及解決方法
a) 調(diào)速器在功率模式下運行時，由于水電站9號機(jī)組上游渠較長且渠道內(nèi)雜物較多，使水頭變化較頻繁，為了輸出有功功率穩(wěn)定，導(dǎo)葉、輪葉需要不停調(diào)節(jié)。特別是在水頭變化很快時，在導(dǎo)葉和水頭的雙重影響下，為了維持協(xié)聯(lián)關(guān)系的穩(wěn)定輪葉調(diào)節(jié)尤其頻繁，造成輪葉步進(jìn)電機(jī)溫度非常高。由于水電站9號機(jī)組屬灌溉機(jī)組，只對渠道水量有要求，決定將調(diào)速器切換至開度模式運行，在開度模式下導(dǎo)葉開度固定不動，輪葉調(diào)節(jié)次數(shù)明顯降低，輪葉步進(jìn)電機(jī)溫度不高；
b) WBST調(diào)速器機(jī)械部分取消了導(dǎo)葉機(jī)械反饋，調(diào)速器在電手動運行時處于開環(huán)運行狀態(tài)，引導(dǎo)閥和主配壓閥實際應(yīng)用中不可能在絕對中位，這樣在運行中導(dǎo)葉和輪葉會自動的緩慢偏移，造成有功輸出變化。我們要求廠家技術(shù)人員將電氣反饋量引入電氣手動調(diào)節(jié)回路，有效的解決了電手動運行時的負(fù)荷變化。
5結(jié)語
    青銅峽水電站9號機(jī)組微機(jī)電調(diào)經(jīng)過本次技術(shù)改造及開機(jī)試驗，原調(diào)速器出現(xiàn)的問題都得到了解決。機(jī)組實現(xiàn)開機(jī)并網(wǎng)迅速，調(diào)解性能良好，運行穩(wěn)定可靠。微機(jī)調(diào)速器操作方便，可靠性高，維護(hù)量小，主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到水電站9號機(jī)組的要求。通過對9號機(jī)調(diào)速器的改造，解決了水電站多年的一大設(shè)備隱患，為確保水電站的設(shè)備安全運行打下堅實的基礎(chǔ)，也為青銅峽水電站在今后的調(diào)速器改造工作提供參考。