中小调调速器电气说明书

1、可编程中小型水轮机调速器说明书（电气控制部分）水利部长江水利委员会长江控制设备研究所二O一四年三月中国武汉第一章 概 述1.1 功能和特点1.1.1 本调速器具有如下功能(1)频率测量与调节：可测量机组和电网的频率，并实现机组频率的调节和控制。(2)频率跟踪：当跟踪功能投入时，机组频率自动跟踪电网频率，可实现快速自动同期并网。(3)自动调整与分配负荷:机组并入电网，调速器将根据其整定的bp值和电网频差，自动调整机组的出力。(4)负荷调整：可接受上位机控制指令，实现发电自动控制功能（A.G.C）。(5)开停机操作：接受中控室或上位机指令，实现开停机操作。(6)手动操作：具有电手动和机械手动操作功

2、能，并可无条件、无扰动实现自动运行与手动操作的相互切换。(7)能采集并显示调速系统的主要参数，如：机组频率、电网频率、导叶开度、调节器输出和调节器的整定参数等。(8)有完善的通讯功能，为电站监控系统设置了标准、可靠的接口，能方便地实现与上位机的通讯。(9)具有频率计的相关试验功能。(10)辅助实验功能：通过操作面板上的功能键和显示屏，可以很方便地完成空载摆动和静态特性测试实验。1.2 主要技术参数1.2.1主要技术指标转速死区ix 0.06%静态特性曲线线性度误差 5%自动空载三分钟转速摆动相对值 0.25%接力器不动时间Tq 0.2s平均故障间隔时间 50000h1.2.2 主要调节参数整定

3、范围比例系数Kp 0.520积分系数KI 0.0510(1/S)微分系数KD 05（S）永态转差系数bp 010%频率人工死区f 01.0%频率给定范围fG 4555HZ功率给定范围PG 0120%第二章 构成及功能简介 2.1 构成及功能简介 调速器的电气控制部分主要由触摸屏，接口功能板，驱动板，PLC及电源系统组成。柜体前门上的各元件功能分述如下： (1) 触摸屏 人机交互界面采用全中文仿Windows界面图形显示，可显示调速器的运行状态、运行参数和实时采样数据，用户通过它可以了解调速器当前的参数和运行状态、可进行参数修改。调速器上电运行后，触摸屏即进入主画面，输入一级口令后可了解及修改当

4、前参数及运行状态。各模块简单介绍如下：主显画面：显示调速器当前运行状态、故障状态等主要信息。其上有状态显示，故障显示，主要数据的列表，模拟表计等。这是我们推荐给用户的监视调速器运行状态和数值的主画面。可显示的数值有：机频、网频、液压缸开度、P、I、D、bp、E等。可显示的状态有：开机、停机、并网、手动等。可显示的故障有：机频故障和反馈断线故障。参数设置：该模块内有PID、给定调整、开限设置和传感器/随动设置子项。各参数设定范围参见第一章的主要调节参数范围。进入参数设置模块需维护密码（默认为123），以防无关人员误操作。可以设定的调节参数有：P、I、D、bp、E等。可调整的给定有：频给和功给。可

5、设置的开限有开机开限、空载开限和发电开限。传感器/随动设置可以设置传感器的零位和幅位，比例阀/数字阀的死区补偿和放大倍数等参数。其它模块：有静态特性测试、动态测试、历史趋势、事件记录和数据列表。静态特性测试无须使用频率计等工具，可在触摸屏上模拟机频进行静态试验。空载摆动测试可在触摸屏上进行手动和自动三分钟空载摆动值的求取。历史趋势包含了数日以来调速器运行状态波形图。事件记录包含有最近调速器运行时发生的主要事件。数据列表显示当前所有的状态和模拟量数值。 运行时如果想切换画面和修改参数，只需轻轻触摸屏幕相应位置，无须大力按压。 (2)、指示灯：手动状态指示灯：该灯亮时 ，调速器当前的状态是手动。

6、自动状态指示灯：该灯亮时，调速器当前的状态是自动。 紧急停机指示灯：当外部送入紧急停机令时，该灯亮。 故障状态指示灯：该灯亮时，表示调速器检测到故障，并发出电气故障信号.。 交流电源指示灯：该灯亮时，表示厂用交流已送至电柜且柜内的交流开关已合上。 直流电源指示灯：该灯亮时，表示厂用直流已送至电柜且柜内的直流开关已合上。 (3)、杠杆开关： 手自动切换开关：切换调速器手、自动状态。 功给/频给增、 减开关：该开关在调速器处于自动空载运行时可改变频率给定值，并网后可增、减机组所带的负荷。 (4)、测频接口板和电磁阀驱动板： 接口功能板的主要作用是： 1、对机频、网频测量的PT信号进行隔离整形、电平

7、转换、数字分频、以及时钟相与、光电隔离以产生PLC接收的中断信号，同时也对时钟信号作隔离处理。 驱动板的主要作用是： 1、将控制信号放大输出，控制小波动阀开、关或大波动阀开、关。 2、提供一路调零调幅电路，备用。 电柜内部各器件功能分述如下:(5)、开关电源调速器采用交直流电源向调速器供电，厂用交流220V电源经交流空气开关由变压器隔离后送入电源转换模块交流输入端，厂用直流220V电源直接经过直流空气开关后送入电源转换模块直流输出，电源转换模块输出的直流220V电源对调速器开关电源供电。PLC供电电源：为单一的24V供电，调速器操作回路同时使用此路电源。驱动板供电电源：24V 电源供调速器比例

8、阀控制板使用。主要用于模拟量调整回路。比例阀供电电源：24V 电源。供调速器比例阀驱动线包使用。传感器电源：5V，12V电源。供液压缸反馈电位器，接口功能板使用。 (6)、空气开关： 空气开关：厂用交流、直流分别经过交、直流空气开关进入柜内。它除了具备开、关电源的作用外，还同时具备过流保护功能，其额定电流为10A。 (7)、继电器： 故障继电器：该继电器在调速器处于正常状态时得电吸合，当PLC送出故障信号时，该继电器掉电释放。 手自动继电器：该继电器在调速器处于自动状态时通过压力继电器接点得电吸合，在调速器处于手动状态时掉电释放。(8)、电源转换模块电源转换模块是一个比较简单的整流隔离电路，输

9、入为ACV220和DC220V,输出为直流220V。它包括交流整流和直流隔离两大部分。在有交流电源供电时，将交流220V电源简单的整流为直流电源，同时将直流电源反相隔离。当交流电源消失时，直流经过隔离二极管进入电源供电回路。(9)、配线端子排调速器对外配线的接口，所有外部配线均通过该端子和电柜相连，其端子定义和配线方法请参见随机图纸，此处不赘述。(10)、隔离变压器厂用交流电通过该变压器隔离，避免同直流电在柜内共地。 第二章 可编程计算机调速器系统工作原理可编程计算机调速器的调节器构成如附图所示。3.1 本调速器的主要特点(1) PLC功能及特性本调速器PLC采用施耐德M258可编程控制器（如

10、图）：微处理机硬件介绍M258Modicon M258 施耐德电气推出的超高性能、超强扩展能力以及超级紧凑机身的新一代 PLC， 它体现了施耐德电气的“灵活设备控制”理念。通过提供高性能的速度控制、高速计数（本体带有1MHz计数器）、运动控制和通信网络等核心电气控制解决方案来实现符合设备发展趋势且简单装配的电气控制系统，使设备始终处于自动化控制的前沿。在性能方面， Modicon M258可编程控制器拥有双核处理器：内核1 专门用于管理程序任务，并且为应用代码的实时执行提供最大的资源。内核2专门用于执行通信任务，程序执行的性能从此不再受影响。Modicon M258具有出色的处理能力，32-b

11、it字长，能精确进行整数和浮点数运算，其执行速度高达22ns/指令，即每毫秒可处理45,000条布尔指令，64MRAM用于程序和数据存储，另提供128M闪存用于应用程序和数据备份。Modicon M258通信功能也令人刮目相看，所有M258可编程控制器型号都内置 RJ45 以太网口(10/100 Mbps，MDI/MDIX)，支持Ethernet TCP Modbus、Ethernet IP Device、UDP、TCP、SNMP 协议。此外，所有M258可编程控制器都内置 Web Server 和 FTP Server。并且可以通过 DHCP 服务器或 BOOTP 服务器为控制器分配 IP

12、地址。所有M258可编程控制器都可配置为 RS232/RS485 的串行链路(标配)， 并且集成两种使用最广的协议：主或从 Modbus ASCII/RTU和字符串 (ASCII)。Modicon M258性能强大，结构紧凑。灵活的安装，体积小巧，一体型IO模块从20点到42点I/O数字量和/或模拟量，42I/O幅宽仅有62.5mm；切片式I/O模块从 2 点到 12 点的离散量、模拟量及专用 I/O，12I/O 幅宽仅有 12.5 mm。强大的SoMachine软件平台，使ModiconM258更如虎添翼。SoMachine中文版的编程软件，不仅支持6种IEC61131-3编程语言，同时还支

13、持PLCopen功能模块以管理设备的运动控制和轴控制，拥有图形化的编程工具，高级诊断工具等，使设计维护工作变得轻松便捷。控制器的操作模式特点：简单地说Modicon M258是一种具有结构紧凑（一体化本体）、体积小巧（42I/O幅宽仅有62.5mm）、反应速度快（双核处理器、22ns/指令）、通信能力强（百兆网口）、非常适合调速器设备使用（本体带有周期测量功能，可完全实现PLC本体测频）的性价比高的PLC。PLC技术参数：Modicon M258系列可编程控制器TM258LD42DT4L技术参数为：布尔指令执行时间22ns用户RAM存储器内存64M+128M闪存程序指令内存（K）128K指令R

14、J45端口（以太网）1USB-A(程序传输)1USB-B（软件编程）1RJ45端口（RS232/RS485）1PCI插槽2A/D模块：12-bit分辨率，12通道,具有光电隔离输入：10V,0-20mA, 4-20mA等数字量输入模块：26，包含8路计数器输入数字量输出模块：16通道，包含4路反射输出 以太网模块：1 RJ45 Ethernet接口 10/100M (2) 258CPU主体硬件接口丰富CPU主体包含： 一个通信串口 RS485(或RS232，软件设置)，可以监视或与触摸屏连接； 一个以太网端口，可以监视、编程、双机互联或与现地以太网连接；一个USB 编程端口，可用于监视、编程

15、PC (SoMachine) 的终端连接；一个USB 主机端口，可用于存储盘管理；M258功能模块化强：如有CPU模块，电源模块，高速模块，测频模块，输入模块，输出模块，AD模块，DA模块，各种模块相互独立，互不干扰。M258优点：1、所有模块并可带电插拔，模块的端子排一样，结构简洁；2、M258调节器采用多任务分时处理模式；3、测频与可编程计算机一样，采用M258的内部时钟，测频简单，可靠性高；3.2 自动调节水轮发电机组有多种运行工况，不同的工况，需要采用不同的控制规律、控制结构和调节参数。控制规律的形成和系统结构的改变通过软件来实现。现在对该系列调速器各自动工况的工作原理简述如下：3.2

16、.1 智能化开机目前有很多微机调速器的开机过程仍和传统机械液压调速器以及模拟电调一样，当接到开机命令后，导叶接力器和电气开度限制均同步开启至第一开机启动开度，导叶接力器维持不动，机组开环启动。当机组频率大于45HZ后，则将电气开限关至空载开限位置，并投入PID调节，接力器在其控制下稳定于空载开度，开机过程结束，并转入空载状态。这种方式不能保证开机过程的整个环节全闭环，自动化水平不高。长控所研制的施耐德M258调速器采用全闭环开机过程。当接到开机令后，闭环调节投入，将机组频率与频率给定值或电网频率相比较，进行PID运算和调节。同时设置两个开限，一个为机组启动开限，保证机组启动快速；另一个为空载开

17、限，保证机组开机超调量小，甚至无超调量，快速并入系统。这两个开限由软件通过水头值和机组特性查表确定，也可由用户在操作显示面板上直接给定。导叶则根据PID运算的值控制机组直至额定转速。对于双调节型调速器，轮叶控制系统同样始终处于闭环调节状态。开机前，导叶开度及机组转速均为零，轮叶开至启动角，自动开机后，当机组转速上升到80%左右，根据协联关系，轮叶将自动关闭到零。特别提出的是，开机全过程实现闭环控制并且设有两个开限，这样可以实现机组开机过程快速稳定且无超调，方便机组快速并入系统。在机组开机过程和空载运行中，施耐德M258调速器根据机组特征与工况，连续、适时改变调节参数，保证了机组并网前稳定运行，

18、并具有良好的调节品质。3.2.2 频率调节当调速器的频率调节为“频给”方式时，自动空载工况下的调速器受频率给定值控制，P施耐德M258调速器对机频与频给的差值进行PID运算，其输出信号经驱动装置调节导叶开度，直至机组频率等于给定频率，从而实现了频率调节，频率给定值可通过操作显示面板进行整定，也可按上位机或自动准同期装置的指令增、减。3.2.3 频率跟踪当频率调节为“跟踪”方式时，调速器自动将网频作为它的频率目标值，与频率调节一样，在调节过程中，机组频率将始终以网频为调节目标，实现机组频率自动跟踪电网频率的功能。频率跟踪功能的投入与退出可以在操作显示面板上手动设置。3.2.4 并网当发电机出口断

19、路器合闸后，其辅助接点返回一对常开接点给调速器，则调速器判断机组处于并网状态。调速器接到并网令时，切除微分调节，投入人工失灵区和永态转差系数。3.2.5 功率调节机组并网后，频给自动整定为50Hz，bp置整定值，实现有差调节，切除微分作用，并投入人工失灵区。导叶开度根据整定的bp值随频差变化，并入同一电网的机组将按各自的bp值自动分配功率。当上位机或机旁的增、减功率按钮发出增、减负荷命令时，功率给定软件就相应改变功率给定值，功给信号一方面通过前馈回路直接叠加于积分输出值，一方面与积分输出值相比较，其差值通过bp回路调整功率。由于前馈信号的作用，负荷增减较快。3.2.6 手动设置水头当有水头信号

20、参与调节计算时，调速器采集420mA的水头信号，通过A/D采样计算，得到适时的水头信号（即自动水头信号）。当水头信号回路出现故障时，调节器能够自动识别，并且允许在操作显示面板上手动设置水头值。手动设置水头功能的投入与退出可以在操作显示面板上手动设置。3.2.7 自动停机调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与闭环开机的过程类似，机频与频给的差值通过PID运算后，其输出信号经驱动装置控制导叶使机组关机，直至机频为零。3.3 手动操作手动操作是可编程计算机调节器或驱动电路故障后的操作方式。此时，调速器切为手动工况，手动增减操作，即可带动机械液压随动装置，控制机组开、停或增减负荷。3.4 手动自动切

21、换导叶控制部分手动和自动的相互切换可做到无条件、无扰动地进行。自动运行时，当电气部分发生故障，驱动装置的控制信号将自动被切断，调速器无扰动地自动转为手动运行，无需人为切换。必要时，也可进行手自动切换操作，将调速器切为手动运行。手动运行时，可编程计算机调节器能自动采集反馈信号（相当于导叶接力器开度信号），并使调节器的输出与其相等。因此，只要电气部分正常工作，即可做到将手动工况切换至自动工况，接力器不会产生摆动。3.5 调节器主程序框图第四章 操作说明4.1 开机过程4.1.1 手动操作操作调速器“导叶手动”切换按钮，将导叶切至手动位置，然后进行导叶增减操作使导叶开至启动开度，待转速开至80%后将

22、导叶关至空载开度附近，根据机组转速调节导叶开度，使机组稳定于额定转速。4.1.2 自动操作操作调速器“导叶自动” 切换按钮，将导叶切至自动位置，选择“跟踪”或“频给”调节方式。调速器接到开机令后（要求开机令保持30s以上），将频差通过PID运算，其输出信号带动电液随动系统，将输入的控制信号成比例地转换成接力器位移，控制导叶使机组开机。在机组开机过程和空载运行中，PCC调节器根据工况识别，自动将调节参数设置于空载参数，保证了机组并网前运行的速动性和稳定性。4.2 停机过程4.2.1手动停机按电手动减按钮或机械操作机械液压随动系统使导叶关至空载开度，与电网解列后，继续手动关闭导叶直至停机。4.2.

23、2 自动停机调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与开机过程类似，控制导叶使机组关机，直至机频为零。4.3 有功增、减手动时点动操作电手动增减按钮或操作机械液压随动系统增减负荷。自动时点动操作增减给定按钮增减负荷。4.4 事故停机无论调速器处于自动还是手动，当接到“事故停机”信号时，紧急停机电磁阀直接作用于机械随动系统，即关闭导叶使机组停机。值得注意的是：紧急停机电磁阀不宜于长期带电；在发紧急停机令的同时，一定要发停机令。4.5切换功能可编程计算机调速器其手动与自动，双阀(如果有)，双PLC(如果有)之间的相互切换，均可做到无条件无扰动地进行。第五章 调试试验大纲及维护5.1电气部分检查和操作

24、步骤电气部分的检查和操作应按照以下几个步骤进行：(1)根据配线图全方位地检查配线。(2)重点检查电源回路的配线。(3)电源回路正确后，上电。观察操作显示面板及操作回路是否正常。(4)上电后再接入频率信号，观察测频回路是否正常。(5)机械调整完成后，分别进行导叶的零位和幅值的调整。5.2 电源回路上电前首先应保证接线正确，特别要注意厂用交流、厂用直流是否正确，开关电源的输出有无短路现象。为避免干扰信号，应尽量做到强、弱电分开，机、网频信号线采用屏蔽线。上电后，用万用表测量下列电源电压值：厂用AV220V电源：电压偏差不超过额定值的-15%至+15%；厂用DV220V电源：电压偏差不超过额定值的-

25、15%至+15%；DC24V：参考范围为20.4V-26.4V；DC12V：参考范围为10.5V-14.5V；DC5V：参考范围为4.85V-5.25V。5.3 零位、幅值调整将调速器置手动位置，按电手动减按钮（或操作机械液压随动系统）将导叶接力器全关，调整调零电位器，将输出电压调到0V，然后将导叶接力器全开，调整调幅电位器，将输出值调到10.0V。5.4 静态试验当机械和电气动作基本正常后，就可以做静态特性试验了，具体步骤如下：(1)模拟并网令，将“并网”端子与“24V”端子短接。(2)将调速器切自动，功给设定为50%。(3)显示面板切入“静态测试”画面，点静态测试投入，再点“开始”键。根据

26、以下表格，对调速器在接力器全行程进行双向开关机试验，记录数据填入下表：f(Hz)51.551.250.950.650.350.049.749.449.148.848.5行程行程根据以上表格数据，采用回归法计算出ix，校验bp值。标准规定大型调速器转速死区ix 0.02%，中、小型调速器转速死区ix 0.06%。5.5 动态试验5.5.1 手动开停机将调速器切至手动位置，控制导叶电手动按钮或操作导叶机械液压随动系统，使机组处于额定转速下运行，并且发电机励磁投入，稳定一段时间后观察机组频率摆动值，每次三分钟，共三次。最大值最小值 F（Hz） F（Hz） F（Hz）一段时间后手动停机。计算出三次的空摆值，标准要求大型调速器手动空载摆动值0.2%，中、小型调速器手动空载摆动值0.3%。此试验可利用“空摆测试画面”来进行。5.5.2自动开机调速器切自动，发开机令，