0引言
青銅峽水電站9號(hào)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(hào)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)，開(kāi)度限制機(jī)構(gòu)，緊急停機(jī)電磁閥，手自動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)確度<1.5%。
1青銅峽水電站9號(hào)機(jī)組原DST-100-4.0型調(diào)速器在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題
水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈敏度差，空載時(shí)頻率波動(dòng)大，穩(wěn)定性差，調(diào)速器不能投入自動(dòng)運(yùn)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(wú)法正常開(kāi)停機(jī)等故障，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來(lái)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(gòu)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(chǎng)試驗(yàn)多次消缺處理，調(diào)速器達(dá)不到自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行，問(wèn)題一直未能解決，決定對(duì)水電站9號(hào)機(jī)組調(diào)速器機(jī)柜和電柜控制部分實(shí)施改造。
2 設(shè)備選型
    根據(jù)水電站9號(hào)機(jī)組自動(dòng)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(shí)際問(wèn)題，青銅峽水電站召集多方技術(shù)人員各類專家對(duì)水電站9號(hào)機(jī)組多年存在的問(wèn)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(guò)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(hào)機(jī)組技能改造產(chǎn)品，設(shè)計(jì)中取消了傳統(tǒng)的機(jī)械開(kāi)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(dòng)控制的液壓隨動(dòng)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(jiǎn)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(shí)現(xiàn)精確測(cè)頻，并能實(shí)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(diǎn)
WBST-100-40微機(jī)調(diào)速器具有3種操作方式，自動(dòng)運(yùn)行，電氣手動(dòng)運(yùn)行，機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行。PCC可編程控制器作為主機(jī)，采用了簡(jiǎn)單易懂的梯行圖編程，具有容錯(cuò)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(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，避免了漂移，干擾行差等問(wèn)題。具有獨(dú)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(kāi)度跟蹤，功率跟蹤等。為適應(yīng)水頭變化要求，設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)輸入水頭裝置。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理。采用先進(jìn)的觸摸屏，實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳遞，參數(shù)修改，狀態(tài)顯示，故障報(bào)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(diǎn)
步進(jìn)式隨動(dòng)系統(tǒng)取代電液隨動(dòng)系統(tǒng)，提高了抗油污能力，克服了多種液壓閥存在卡阻問(wèn)題，且簡(jiǎn)化調(diào)速器結(jié)構(gòu)，使調(diào)速器可靠性提高，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。實(shí)現(xiàn)漿葉開(kāi)度與導(dǎo)葉開(kāi)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(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行，設(shè)置導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置確保機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率，蝸殼水壓上升率，滿足調(diào)速器計(jì)算要求。具有簡(jiǎn)單、可靠的操作功能，當(dāng)電氣部分發(fā)生故障時(shí)，可無(wú)擾動(dòng)地切換到手動(dòng)狀態(tài)，提高了調(diào)速器的運(yùn)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(shí)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(guò)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(jiǎn)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(yàn)
    根據(jù)水電站技術(shù)部門的要求，對(duì)水電站9號(hào)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(jì)電氣、機(jī)械液壓圖紙，嚴(yán)格按照?qǐng)D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(yàn)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備和通電整體試驗(yàn)工作。
3.1 調(diào)速器安裝
a) 將調(diào)速器運(yùn)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(duì)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(kāi)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(shí)測(cè)距離和設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诎惭b現(xiàn)場(chǎng)切割下料；合理布置管路支架、吊架，對(duì)接管路，調(diào)整管路水平度及垂直度，點(diǎn)焊固定并分段編號(hào)；管路焊接完成后對(duì)管路徹底清掃，進(jìn)行打壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為系統(tǒng)額定壓力的1.25倍，耐壓時(shí)間30分鐘，各部焊縫無(wú)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(hào)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(cè)試其芯線對(duì)地及其它芯線的絕緣，必須大于100MΩ。特別提到的是，進(jìn)入測(cè)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(kāi)，接入設(shè)計(jì)的屏蔽層端子。上端子的線頭，留有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度余量，不得使端子承受芯線的拉力。電纜牌、芯線字號(hào)清晰明確。對(duì)所有電纜線兩端解開(kāi)對(duì)線、查線；
d) 對(duì)到貨的油壓裝置壓力表、壓力開(kāi)關(guān)、壓力變送器、液位變送器、液位信號(hào)器、補(bǔ)氣閥等進(jìn)行初步校驗(yàn)和整定。合格后，妥善安裝。
3.2電調(diào)柜的整體試驗(yàn)
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(kāi)度傳感器試驗(yàn)；電液轉(zhuǎn)換器試驗(yàn)；電子調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)；電液調(diào)節(jié)裝置極限增益試驗(yàn)；容錯(cuò)功能試驗(yàn)，通道切換試驗(yàn)；電液調(diào)節(jié)裝置漏油和耗油量測(cè)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(yàn)。試驗(yàn)時(shí)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(diǎn)。調(diào)整頻率信號(hào)源，使輸入頻率信號(hào)按一個(gè)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(yàn)中的檢查試驗(yàn)：進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)切換試驗(yàn)時(shí)，接力器無(wú)明顯擺動(dòng)。在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)下，機(jī)組3min轉(zhuǎn)速相對(duì)擺動(dòng)值不超過(guò)±0.15%。頻率給定的調(diào)整范圍滿足±10%。在空載擾動(dòng)量為±10%時(shí)，超調(diào)量不超過(guò)擾動(dòng)量的30%；超調(diào)次數(shù)不超過(guò)2次；調(diào)節(jié)時(shí)間符合設(shè)計(jì)規(guī)定。在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)下，調(diào)速器失去一路工作電源的試驗(yàn)，觀察調(diào)速器無(wú)擺動(dòng)；失去一路測(cè)頻信號(hào)，調(diào)速器無(wú)明顯擺動(dòng)。失去兩路工作電源，調(diào)速器關(guān)機(jī)；
e) 調(diào)速器在自動(dòng)開(kāi)停機(jī)及事故停機(jī)流程中的試驗(yàn)：在自動(dòng)開(kāi)機(jī)中，檢查調(diào)速器的兩段電子開(kāi)限的執(zhí)行情況，根據(jù)開(kāi)機(jī)時(shí)間和開(kāi)機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)量，調(diào)整電子開(kāi)限數(shù)值。在自動(dòng)停機(jī)過(guò)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(guò)程中，檢查事故停機(jī)電磁閥動(dòng)作情況；
f) 調(diào)速器在甩負(fù)荷試驗(yàn)中的測(cè)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(diǎn)為起點(diǎn)，接力器的不動(dòng)時(shí)間小于0.2s；甩100%負(fù)荷，超過(guò)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速3%的波峰不超過(guò)2次；甩100%額定負(fù)荷后，從接力器第一次向開(kāi)機(jī)方向移動(dòng)起到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過(guò)±0.5%為止所經(jīng)歷時(shí)間不超過(guò)40s；
g) 帶負(fù)荷連續(xù)72h運(yùn)行。
4安裝調(diào)試過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方法
a) 調(diào)速器在功率模式下運(yùn)行時(shí)，由于水電站9號(hào)機(jī)組上游渠較長(zhǎng)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(shí)，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(hào)機(jī)組屬灌溉機(jī)組，只對(duì)渠道水量有要求，決定將調(diào)速器切換至開(kāi)度模式運(yùn)行，在開(kāi)度模式下導(dǎo)葉開(kāi)度固定不動(dòng)，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(dòng)運(yùn)行時(shí)處于開(kāi)環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，引導(dǎo)閥和主配壓閥實(shí)際應(yīng)用中不可能在絕對(duì)中位，這樣在運(yùn)行中導(dǎo)葉和輪葉會(huì)自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)回路，有效的解決了電手動(dòng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷變化。
5結(jié)語(yǔ)
    青銅峽水電站9號(hào)機(jī)組微機(jī)電調(diào)經(jīng)過(guò)本次技術(shù)改造及開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，原調(diào)速器出現(xiàn)的問(wèn)題都得到了解決。機(jī)組實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)并網(wǎng)迅速，調(diào)解性能良好，運(yùn)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(hào)機(jī)組的要求。通過(guò)對(duì)9號(hào)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(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)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。