水电厂自动控制系统

1、一、 水电厂自动控制系统概况水电厂自动控制系统采用全分布开方式系统结构，以适应其水电厂生产设备分散布置的特点，整个监控系统分为两级即主控级（上位机系统）和现地控制单元级 （LCU）。主控级设有操作员工作站（冗余）、工程师站（兼仿真培训）、通信处理计算机、厂长终端等设备。现地控制单元级包括水轮发电机组、开关站、公用设备、主变、闸门等设备的控制装置。监控系统的功能可在监控室内全部实现，现地各LCU在主控层和网络全部失效情况下也应能独立运行操作。现地各LCU采用冗余设计。网络接口和通信协议符合IEEE802.4Etheret标准，设计为总线式双网，以利于功能扩展和网络间的互联。网络介质采用

2、光纤缆。技术要求：传输速率100Mbps，通信距离2000m，最大网络节点1024个。二、 水电厂主要调节系统水电厂主要调节系统有：有功功率调节系统、无功功率调节系统、机组压油装置自动化系统、机组冷却水系统、主变冷却装置自动控制系统、机组压油装置综合自动化系统等。（一） 有功功率调节系统有功功率调节系统包括有功功率给定和有功功率调节两部份组成。有功功率给定方式有：调度所给定，负荷曲线给定，或通过键盘在显示器上实时设定等方式。调度所给定电厂有功功率有二种方式，即调度所给定全厂总功率，然后由电厂监控系统分配到机组；或调度所直接给定机组功率。华东总调采用的是给定全厂总功率方式，以

3、便电厂根据机组的具体情况（如避开机组运行的振动区，功率上下限等）更合理地在机组间分配负荷，且容易采取适当的措施提高有功功率的调节精度。例如，当某台机组因故不能及时响应系统的给定功率变化时，则可在调节系统程序中增加积分环节，适当选择积分速率，即可自动调整功率给定值，将功率差值转移到调节性能正常的机组上，从而满足了系统功率调节的要求，提高了系统功率调节品质。浙江省调采用的是由省调直接给定机组功率方式，乌溪江水电厂和紧水滩水电厂参加AGC的机组有功功率直接由浙江省省调度所控制，但开停机操作是由电厂负责执行的。当现地控制单元级（LCU）即机组控制器接收到机组功率设定值后，由于新型的微机调速器调节品质较

4、好，以PID调节方式调节机组有功率即可达到较为满意的效果。当丰水季节水位较高时，为了防止弃水可采用负荷曲线给定运行方式，或通过键盘在显示器上实时设定等方式给定机组功率。注：新安江水电厂的水轮发电机组经华东电力试验研究院改进后，机组的振动区已不复存在，因此可在任何功率下长期运行。再也不用为了避开在振动区行运而较大幅度地在机组间进行负荷转移，从而使水电站的经济运行更为合理。改进措施是：通过机组大轴中心孔进行自然补气，破坏尾水管涡流带和尾水管的真空，从而消除了机组的振动区。附1：水轮机调速器简介近十年来，我国水轮机电液调速器得到了很大的发展，出现了多种类形的产品。从它的核心环节来说，电气部份有嵌入工

5、业级微机（PC）和可编程序控制器（PLC）两大类。现代调速器的系统结构可分为调节器和电液随动系统两大部份。    1. 调节器的系统结构模式（1）PLC模式PLC调节器一般都是单系统结构。并且，PLC一般不会采用高档的产品，因此解决不了频率测量的精度和实时性问题。而是采用另加一个单片机完成测频任务。PLC调节器的系经结构如下图所示所示。（2）PC模式PC模式是指单系统模式的PC调节器，其系统如下图所示。 （3）双PC模式双PC模式是指调节器采用两套PC而输出功放为一套，其系统如下图所示。图6-3 双PC调节器框图 （4）带通信双PC模式在双PC

6、模式的基有础上，使PC1与PC2之间实现数据通信，实现了两套PC之间的自动跟踪，即所谓带通信双PC模式。其系统如下图所示。            （5）双PCS模式在双PC模式上再增加一套输出功放，则其输入至输出是完全独立的两套系统，称之为双PCS模式。其系统结构模式的简化图如下图所示。                

7、   （6）带通信双PCS模式在双PCS模式的基础上，实现两系统之间数据通信双系统之间实现自动跟踪，即所谓带通信双PCS模式。其系统结构模式的简化图如下图所示。                 （1） 带通信双PCS容错模式全数字式的带通信双PCS容错式调节器，其特点是：输入端采用交流采样测频技术，反馈采用数字技术；而且在硬件和软件上采用容错控制技术和变结构技术。     2.

8、 液压装置的系统结构模式 （1） 电-机式液压随动装置 BDY-S型和STARS型两种转换装置由步进电动机、液压缸和机械杆件组成；LAND型转换装置由稍大容量步进电动机及丝杆组成；“长控”转换装置由力矩电动机和丝杆组成。这些转换装置的共同特征是：输入是电位号，输出是机械位移信号，无“复中”特性，是积分环节。它可以代替老式调速器中的电液转换器和中间增力器，合二为一的装置。由电机转换装置为核心的液压系统必然是二级随动系统，其系统结构模式如下图所示。它的第二级是机械液压随动系统。 （2）电-液式随动装置国内开发的的HDY环喷式和DYS双锥阀式两种电液转换器，其

9、抗油污能力相对于传统老式调速器有所改善，但其频率响应性能尚不能令人满意。与电机式转换装置相比，电-液式随动装置有它不可取代的优点，因而新型电液转换器件仍是开发新型液压系统的主要方向。以电液转换装置为核心的液压系统，目前都设计成一级随动系统，其系统结构如下图所示。 国内于1994年首次开发了容错电液一级式随动系统，其系统结构模式如下图。 附2：步进式水轮机调速器步进式水轮机调速器是由步进式电位移伺服系统，带动液压随动系统，实现了对水轮机的控制。由可编程序控器和步进电机组成的步进式电位移伺服系统，取消了传统的电液随动系统，特别是取消了电液转换器，因此消除了由于电液转换器引起的一

10、系列问题。1 主要特点   （1）电气回路中完全取消了电位器和继电器，大大减少了接触不良等不安全因素。电柜内无功率放大器等模拟电路，避免了模拟电路存在的漂移，抗干扰性能差等问题。   （2）独特的变速控制方式，具有自动检测步进电机失步等故障诊断处理功能。保证了整个系统的安全性和可靠性。    （3）具有频率跟踪、开度跟踪和功率跟踪的功能，保证了调速器手动自动无扰动切换，以及运行模式无扰动切换。   （4）自动按工况改变运行参数，调节平稳，速动性好。   （5）采用梯型图编程，使程序易懂

11、易读，修改方便，用户容易掌握。   （6）采用单片机测频，线性好，精度高，速度快。   （7）当电源消失时，调速器自动进入手动运行方式，在手动操作前维持原有的导叶开度不变。   （8）手自动运行方式切换平稳，无论是从手动运行方式进入自动运行方式还是从自动运行方式进入手动运行方式，都可随意切换，而不必考虑开度限制是否处于限制状态。（所有的切换工作都是在电路内实现的，不会引起任何油压波动和机械转换）。   （9）取消了电液转换器、手自动切换（电磁配压）阀、增减（电磁配压）阀等以及这些部件相应的油管道。除了引导阀、主配压

12、阀和紧急停机电磁配压阀外，其它部件不用液压油。   （10）简化了开度限制机构、简化了杠杆、滤油器及柜内的结构。   （11）不需要高精度的油源，因此降低了对滤油器的要求（仅提供引导阀和紧急停机电磁阀的用油）；又由于采用了用刮片式滤油器，取消了滤油器切换阀，也完全省去了滤油器的日常清洗更换工作。由于步进式电位移伺服系统采用了闭环控制，完全消除了丢步现象；又由于采用了步进电机的变速控制方式，完全解决了步进电机控制时速度与失步的问题。位移转换装置还设有纯手动机械式超行程保护功能，防止传感器断线等意外故障时，丝杆卡死过载，损坏步进电机。整个系统结构简单、功能完

13、善、操作方便，性能好，可靠性高，维护和检修工作量极小。   （12）采用交/直流双电源或UPS供电方式，保证电源系统的可靠性。 2. 主要功能（1） 导叶、轮叶调节。（2） 手动自动开停机及紧急停机。自动开机时按水头给定起动开度、空载开度。（3） 设频率调节、功率调节、开度调节三种运行模式。（4） 设频率跟踪、频率人工死区。（5） 导叶、轮叶手动自动无扰动切换和调速器行运方式无扰动切换。（6） 水头手动自动方式选择；可通过键盘改变导叶给定开度、限制开度、频率给定、功率给定值。（7） 远方现场、手

14、动自动负荷调整。（8） 电源消失时维持原有导叶和轮叶开度不变。（9） 机频、网频故障诊断及处理；AD、DA故障诊断及处理；反馈系统故障诊断及处理；步进电机故障诊断及处理；   电源监视及处理。（10）开度、频率、功率实际值及给定值显示；电气开度限制值显示；水头给定及轮叶实际值显示。（11）水头、开度显示自动复归。各类故障及电源消失报警出口。3   主要技术数据（1） 主要技术指标转速死区 ix0.05静态特性曲线非线性度 5随动系统不准确度 is1.5自动空载转速摆动相对值0.15甩25负荷接力器不动时间0.2S（2）

15、60;主要调节参数范围  比例增益 Kp0.520积分增益 Ki0.0510 （1S）微分增益 Kd05S永态转速系数 Bp010频率人工死区 F±（00.5）Hz频率给定 F04555Hz附3：国外引进的水轮机调速器简介1  二滩水电站双微机调速系统二滩水电站位于雅砻江下游四川省攀株花境内，电厂装有6台单机容量为550MW的机组，总装机容量为3300MW，多年平均发电量为170亿kw.h，是我国20世纪末建成投产的最大的水电站。二滩水电站6台机组调速器电柜和机柜均由瑞士HYDRO VEVEY公司制造，金属构件部份（如集油槽、接力器等）由加拿大GE公司制造；双微机

16、调速器的软件和硬件均是瑞士HYDRO VEVY公司的产品，经该公司系统设置、软件开发后，成为欧式标准产品。调速器电气控制柜安装在发电机层单元控制室中。机械控制柜、压油装置布置在水轮机层。调速器系统结构为双徽机系统，由双微机、双总线、双输入双输出通道组成。实际上是两套微机调节器，内容完全相同而结构完全独立但互为备用的冗余系统。二滩水电站微机调速器具有多种功能和行运方式。主要采用的有开度控制、功率控制、开度限制控制、频率跟踪控制、频率控制等，各控制方式均设置了单独的控制软件，能独立地完成对机组的调节控制，且彼此既相互独立，又相互联系。（1）开度控制开度控制主要用于机组启动、停止和并网后带固定负荷。

17、机组并网后，调速器可在开度或功率反馈方式下，通过现地或远方调整负荷，也可以通过AGC的方式，根据预定的负荷曲线自动进行调整。（2）转速控制转速控制包括空载转速控制、并网转速控制和孤网转速控制三种方式。1）空载转速控制只有在发电机出口断路器断开时有效，它主要作用于机组的启动并维持机组的转速在额定的转速范围内运行。2）并网转速控制只有在发电机并网时有效，以消除系统中的频率异常（因为二滩水电厂机组容量大，并网时对系统影响也大）。3）孤网转速控制为了承担地方孤立负荷和应急时系统负荷大波动而设置的控制方式，其运行条件是出口断路器合上且频率超过预定的偏差时（49.5Hz50.5Hz），自动投入，参与系统调

18、频。并按照预定的机组调差率，消除转速偏差，提高系统的稳定性。（3）功率控制当发电机出口断路器合上时才能实现功率控制，机组功率实发值与功率设定值相比较后决定机组负荷的增减，以维持系统频率稳定。（4）开度限制控制它是作为所有控制方式信号的限值控制，当任一控制方式的信号达达到限制值时，开度限制控制将自动投入，防止调节错误和失误。该软件中“开度限制点”单独设置两个，即启动开度限制和开度限制。其内部控制遵循“最小参数选择”原则自动转换；开度限制可以在机柜上调整，也可在电柜、触摸屏和中控室调整，导叶开度限制器范围是3 110。（5）频率跟踪控制频率跟踪控制实际上就是转速控制，在机组启动转速达到额定转速的2

19、5时，投入该方式，机组频率将自动、稳定地跟踪系统频率，以实现快速并网。当机组频率跟踪到49.550.5Hz时（该范围可调整）。同期装置自动投入，并网后自动退出。     2  京南水电站微机调速系统京南水电站是一座低水头径流式中型水电站，装设2台单机容量为34.5MW的灯泡贯流式机组。以110kV电压等级接入梧州市电网，以35kV接入地方电网，在梧州市电网中主要承担基荷。由于地方电网容量较小，相当于孤网运行，因此对运行的稳定性有较高的要求。此外，由于径流式水电站水库库容小，调节能力有限，因此要求调速器有良好的水位调节性能。VOITH公司生产的S

20、PSRS型调速器采用先进的结构形式，即调节器导叶电流随动装置，桨叶的控制为电气协联桨叶电液随动装置，调速器的大部分功能在电子调速器中实现。机械液压部分的布置也很简洁，没有常规的机械液压柜，大部份设备都布置在调速器的油箱上。（1）机械液压部分机械液压部分为模块化设计，由压油装置和控制阀装置两大部分组成。压油装置提供操作用的压力油，并对操作油进行冷却，加热（如油温低于18）和过滤。控制阀装置的关键部件是电液伺服阀和控制阀。电液伺服阀把调节器输出电信号放大成比例的液压控制信号，再由该液压信号去引导主控制阀动作，从而控制调节导叶和浆叶接力器开启或关闭方向的进出油，使导叶和浆叶的位置改变。控制阀装置还有

21、一系列保护阀组，包括快速关闭电磁阀，紧急关闭电磁阀，过速继动阀，最小压力保护继动阀，压油罐液位过低保护继动阀，手动快速关闭阀。其中电磁阀由机组控制系统的信号触发，继动阀则是在液压系统的有关参数超过设定值时独发，例如当转速超过设定值时，过速保护继动阀动作，当压油罐内压力低于4.6MPa时，最小压力保护继动阀动作，当压油罐内油位低于设定值时，液位过低保护继动阀动作，以免压缩空气进入控制油路，从而损坏电液伺服阀。手动关闭阀由运行人员在紧急情况下手动操作。这些阀组动作都通过导叶电液伺服阀顶部的伺服阀使导叶快速关闭。同时这些阀组动作后都有限位开关发讯到机组控制系统、以启动电气停机回路。电液伺服阀的控制油

22、路设有并联的两个过滤器，当其中一个堵塞时，通过电接点报警；并设有压力开关，当压力过低时动作于停机。主控制阀的操作油路上设有一个主油阀，在机组停机时关闭此阀以防压油罐内的压力下降。（2）微机调节器 1）调节器的组成VOITH公司的SPSRS型微机调速器由两套调节器组成。一套为自动调节器，另一套手动调节器。正常运行时采用自动调节器，手动调节器为备用。调节器具有自动跟踪功能。当自动调节器故障时，可以无扰动地切换到手动调节器。自动调节器是以微处理器为基础的数字式调节器，手动调节器是模拟式调节器。自动调节器采用模块化结构，安装在19机箱内。核心部件包括：    

23、电源模块；        开关量输入模块（2块，32点）;    存储器模块；      开关量输出模块（2块，32点）;    主处理0模块；    导叶开度反馈（测量）处理模块；    主处理1模块；    模拟量输入输出模块（8点输入，4点输出）；转速测量模块。各个模块之间通过总线连接。存储器模块用于储存用户程序和动态数据

24、，配有EPROM和RAM，其中RAM有电池支持。该模块还是总线管理器，对总线上的数据进行管理。处理器0是主处理器，它除了执行部分控制计算外，还负责通信。处理器1是从属处理器，它负责输入输出信号的协调和一部分控制算法。与机组控制系统的开关量联系是通过开关量输入板1和开关量输出板1进行的。与控制面板的开关量联系是通过开关量输入板2和开关量输出板2进行的。上下游水位、系统频率、流量的测量是通过模拟量输入出板进行的。2）调节器的功能该调速器充分利用了微处理器的特点，将调速系统的功能设计得比较完善。其基本功能有：*  机组开机和停机控制；    

25、0;   * 转速控制；*  功率控制；                  * 水位控制及成组调节；  *  电气开度控制；              * 导叶和浆叶的电气协联。转速控制的调节规律为PID，其参数会根据运行状态自动调节。当调节器处于其

26、他控制方式时，转速控制器自动跟踪当前导叶的开度的转差，以便再切换为转速控制方式时能够做到无冲击。功率控制的调节规律为PI，也具有自动跟踪开度的功能。水位控制功能能通过一个流量控制器来实现，设定上游水位值后，机根据来水水量的大小，自动调节导叶的开度，这个功能在京南水电站中有特别的意义。在汛期开始时，既要把保持坝前水位恒定（腾出水库的库容），又要尽量多发电（担任基负荷）。此时，投入水位控制就可做到这一点。导叶的开度限制在调节器内实现，它可根据不同的水头自动调节限制值。开度限制可以以汽蚀限制线为原则，也可以以通过负荷限制线为原则。导叶和浆叶的协联关系以一个三维曲组的形式储存在存储器中，根据不同的运行

27、工况，以插值法取用协联数据，用以控制浆叶的进度。除了基本的功能外，调节器还具有下列附加功能：* 延时关闭功能：如果两个测速信号都消失，调节器可以模拟一个演示关闭过程，使停机过程尽可能接近正常停机过程。*  分关闭功能：突然甩负茄荷时分两段关闭，两段关闭的速度和转折点事以在控制面板上设定；*  浪涌控制：当机组突然甩负荷时，为了避免进水口的水波动太大，关闭导叶之前先将奖叶多打开3°,并维持一段较短的时间，再慢慢地关闭到协联开度。维持时间的长短和整个关闭时间都可在面板上设定，投入与否也可选择。*  清污控制：机组关闭过程中，如果有异物夹在导叶之间致使导叶不能

28、全关，调节器将自动打开导叶，让流水冲走污物，然后最关。*  流量和静水头计算：流量计算采用拦污栅后压力与导叶前的压力的差值来计算，同时还根据导叶和桨叶的开度和水头，按水轮机特性曲线计算出一个现论值，如果压差信号消失，则用此理论值于流量控制。静水头计算则用上下游水位减去一个随流量变化的流道水头损失而得。*  监视功能：包括看门狗、转速信号故障、导叶桨叶反馈故障、上下游水位信号故障、差压信号故障等。*  诊断功能：包括在线自诊断和离线可编程诊断。（3）测速装置转速测量采用齿盘测速方法。测速齿盘安装在管形座内大轴上，设有两个电气上独立的探头，把转速信号变成0400Hz的

29、脉冲信号，送入转速测量模块。该模块是快速记数核块，经处理后形成数字量通过微处理器总线送入存储器，并形成420Ma的输出信号供表计显示用。该模块内设有看门狗监视和探头故障检测，出现故障时把故障信号送入微处理器。机组控制和励磁系统控制以及电气过速所需的电接点信号由微处理器产生，通过开关输出量送出，可以通过控制面板方便地调整设定值。   （4）导叶和桨叶的反馈装置导叶和和桨叶的反馈装置为电气反馈装置，通过设在接力器上的角度电压传感器，把导叶和桨叶的开启角度变成两个400Hz、26V和11.8V的电压信号，经屏蔽电缆送入电调柜上的开度处理模块，转换为420Ma的信号，直接送至导叶和

30、桨叶位置控置器，与调节器输出的开度设定值比较，同时用于仪表显示。该模块处理后形成的数字量送入微处理器，电微处理器对对输入电压进行监视，如低于或高于某一设定值，则发出开度反馈事故信号。如果开度设定值与实际反馈值之差超过5并持续10s（导叶）或20s（桨叶），则发出导叶桨叶控制事故信号。   （5）导叶和桨叶的位置控制器导叶和桨叶控制的开度设定值（420mA）信号最终送入位置控制器，与开度反馈值进行比较后再进行放大，并变换成一个直流电压信号，用于驱动电流伺服阀。该直流电压不调节时为2.5V3.0V（导叶）或1.5V2.0V（桨叶）。除了直流电压外，位置控制器还输出一个交流电压，

31、附加在直流电压信号上，以防动圈式电液伺服阀发卡。     3  小浪底水电站双微机调速系统小浪底水电站是小浪底水利枢纽的一个重要的组成部份，位于河南省洛阳市以北40公里黄河中下游最后一段峡谷的出口处。小浪底水电站共有6台单机容量为300MW的水轮发电机组，水轮机型式为主轴混流式，是河南省电网主力调峰、调频、事故备用电厂。这就要求调速器具有良好的动态调节品质。小浪底调速器是作为水轮机的附属设备与水轮机一起全套从美国VOITHSIEMENS公司引进的VGCR211型数字式微机调速器，调速系统包括电气柜和液压部分。调速器控制柜安装在发电机层，机械液压

32、操作部份布置在水轮机层；同时在回油箱的动圈放大器上有伺服系统，可以直接手动操作导叶。其相关参数如下：装机容量：6台×300 MW     工作水头：71141 m额定水头：112 m             额定流量：296 m3s机组转速：107.1 rpm          额定油压：6.4 MPa接力器行程：482 mm 

33、  （1）VGCR211型数字式微机调速器的主要特点    1）采用数字脉冲齿盘测速，简单可靠且测速范围大（0200）Ne。    2）调速器所用电源为双电源，交流230V和直流220V，经转换为24V直流电压。经过二极管整流桥，使其电压高的通过，从而实现无扰动电压切换。如果一个电压中断，将发出报警信号；如果两个电源全部中断，将引起导叶关断阀动作，机组事故停机。3）具有“速度控制”、“开度控制”、“功率控制”等功能，以适应电站各种运行方式的需要。其中“速度控制”具有PIDP调节规律，“功率控制”具有PI调节规律。4）采用了与

34、“速度控制”、“功率控制”等控制方式相对独立的可靠的电气开度限制，保证机组的安全可靠运行。5）在微机程序中实现了“电网频率跟踪”的功能，保证了机组的快速同期并网。如果网频信号超出某一设定值，将发出一个网频故障信号，机组跟踪网频的值自动调整为额定频率值。6）采用“孤立网控制”的方式，弥补了水电厂与电网联系弱的缺点。   （2） VGCR211型数字式微机调速器的硬件结构微机调速器的硬件包括可编程控制单元、现地控制盘、输出放大器以及数据采集、信号分离和传送所需要的外部设备。    1） 可编程控制单元可编程控制单元是以PCD4系列模块为基础，采用双

35、PLC控制。双PLC拥有完全相同的程序，PLC1为主PLC，PLC2为备用PLC。正常工作时主PLC控制，当主PLC故障时，备用PLC自动无扰动地替换进行控制。双PLC的输入信号是并行输入，而输出信号是靠继电器接点转换来决定的。应用程序储存在一个非易失性存储器中，保证电源消失时，不会丢失任何程序。如果发生电源突然故障，存储在随机存储器中的的数据将由备用电源保持，可保证不会丢失任何输入的数据。    2）现地控制盘现地控制盘控制面板上的元件有两类，一类用于信号显示，主要有数码显示器和信号指示灯，用于显示微机调速器的控制方式、运行工况（如机组转速、导叶开度和机组有功等

36、）；另一类用于操作控制，主要有钥匙操作开关和按钮开关（如远方现地切换、手动开机、手动停机、控制方式切换等）。    . 钥匙操作开关钥匙操作开关的作用，仅允许带有钥匙的指定入员进行现地控制。    操作参数输入在“参数输入”位置，可以将转速和开度给定值显示器切换到“参数地址显示”和“参数值输入”，通过相关“+/-”按纽，可以改变和参数地址相对应的参数值。正常运行时打到“操作”位置。    手动自动切换根据钥匙操作开关位置，可以通过导叶开度限制机构实现手动开机，或依据启动开度，按转速方式实现全自动开机。&#

37、160;   现地远方切换在“现地”位置时，可以通过控制盘上的按纽进行操作，切至“远方”位置时，则相应的远方控制输入起作用。    给定值整定按钮    转速整定在现地控制方式下，控制盘上的按纽操作有效，转速给定值可手动调整，其调整范围为90 %110 %。与现地控制相平行，也可以通过远方控制输入进行转速给定值整定。    开度整定在现地控制方式下，开度给定值可通过相应“/”按钮，在0100范围内进行调整。与现地控制相平行，也可以通过远方控制输入进行开度给定值整定。 

38、0;  功率整定在现地控制方式下，功率给定值可通过相应“/”按钮，在0350范围内进行调整。与现地控制相平行，也可以通过远方控制输入进行功率给定值设定。 功能选择按钮功能的选择是由瞬通按钮中作发光二极管发出的信号显示的。与这些操作相平行，也可通过远方控制输入来选择需要的功能。远方控制信号可以是脉冲信号或状态信号，最小脉冲是0.2秒，选择的功能被储存直到相反的功能被选定。    开机按钮当开机准备工作完备后，操作此按钮，机组自动启动。如果钥匙操作开关的“手动自动”选择开关处在手动位置时，也必须操作此按钮，这样可借助导叶开度限制机构实现开机。 &#

39、160;  停机按钮操作此按钮，启动自动停机程序。    并网运行按钮当发电机断器合闸，且机组转速在允许范围内时，调速器自动切换至并网运行。如果发电机断路器合闸，且调速器由于机组转速超出鸡许范围，而自动切换至孤立网运行，此时必须手动操作此按钮，恢复到并网运行。只有当机组在允许范围内时，这个切换才有效。    孤立网运行按钮操作此按钮，可将调速器运行方式切换到孤网运行，如果当前运行方式为功率控制或开度控制，操作此按钮，可以将运行方式切换到转速控制。    转速控制按钮操作此按钮，可将调速器运行方式

40、由功率控制或开度控切换到转速控制。为了实现无扰动切换，采用一个跟踪程序来决定转速给定值，这个跟踪程序是依靠计算实际转速、实际导叶开度和永态转差率来实现的。    功率控制按钮这个按钮启动功率控制回路。在转速控制或开度控制方式下，跟踪程序根据实发功率值和调差率，连续不断地算出功率给定值，以实现无扰动切换。    发光指示器调速器及其相关的传感器以及模拟量信号的故障，可通过发光指示器显示。主要有：速度传感器故障、导叶位置传感器故障、导叶位置控制环路故障、功率信号故障、功率设定值故障、PLC报警、过速故障、网频信号故障、蠕动等。 

41、   数字显示器三个控制回路（转速、功率和开度）的给定值由数字显示器显示。这些显示器通过PLC的二进制串行输出接收数据，且显示的数值确切地代表了调速器计算出的数值，避免了模拟量输出和数字电压表的附加误差。    紧急停机按钮在事故和试验的时候，可以手动按此按钮，动作于关闭阀门并紧急停机。3）输出放大器模块输出放大器模块主要为驱动电液转换器而提供的。在输出放大器上，将开度给定值与实际导叶开度值相比较，根据两者的偏差通过调整放大器的增益来操作动圈伺服阀。手动开度调节单元配置有可调电位器，在检修期间和检修之后，手动操作导叶开度控制，从而实现开环控制。

42、这个电位器安装在输出放大器上，控制的开度仅与电位器设定值有关，而与调速器设定值无关。在这种运行方式下，转速控制、功率控制和开度控制均无效，正常运行时切到自动位置。4 附加装置数据采集所需要的装置 （转速、导叶位置、功率）和用于信号去耦、匹配的缓冲放大器均布置在调速器柜内。电子转速检测装置单独设置。导叶接力器配置的行程终端限位开关是软件形式的开关。5 信号转换设备进行信号交换，采用浮点联接，模拟量输入信号采用隔离放大器去耦。监控系统传送到调速器的信号也采用浮点型式。输入信号的电绝缘对调速器也有影响。为与监控系统进行通信，调速器配置了RS232通信接口和单独的IO接口。调速器对同期装置发

43、出的独立的转速增减命令将作出响应。（3）VGCR211型数字式微机调速器的控制功能  小浪底水电厂主要采用转速控制、开度控制、功率控制，各种控制方式均设置了单独的控制程序，能够独立地完成对机组的调节控制，且彼此相互独立，又相互联系，其内部控制遵循“最小参数选择”原则。可以通过“远方”进行选择控制方式，同样也可在“现地”位置通过控制屏上的按钮手动进行控制方式之间的切换。由于各种控制方式之间实现了信号有效跟踪，所以控制方式之间切换能够平稳无扰动地完成。1）转速控制转速控制采用并联PID控制方式，永态转差bp为0100之间可调，bp取自积分环节之后以便有效消除积分环节引起的静差。转速控制共

44、有三套PID参数，第一套用于空载运行，第二套和第三套分别用于孤网和联网运行。每套参数分别包括：永态转差系数：bp              暂态转差系数：bt缓冲时间常数：Td              微分时间常数：Tv微分增益：Kv 当机组并网即发电机出口开关合闸后调速器自动选择并网运行参数，调速器以并网运行方式工作。当系统频率超过2

45、额定频率的变化范围或当机组从系统解列时以及调速器在操作员的干预下，调速器均可从并网状态切换为孤网状态运行。如果系统频率又回到允许的范围内，则必须有操作员干预凋速器方可从孤网切为并网状态运行。第三套参数（并网状态）随导叶开度的不同而变化，称为自适应参数。机组在调试时选择几个基准开度调整为最隹参数，然后基准开度间的的参数采用插入法计算自动适应。调节器的输出实行最小选择，转速调节器经PID运算后与导叶开度或启动开度作比较，较小的值作为导叶开度的设定值，送到综合输出放大单元与接力器反馈进行比较。当调速器不是以转速控制方式运行时，转速设定值按当前实际转速、导叶开度和永态转差系数形成的功频特性计算得出。这

46、样当调速器切换为转速控制时可实现无扰动切换。2）功率控制功率控制是机组与系统并网时调速器的缺省运行模式，采用PI调节方式。功率设定值和功率实发值的偏差经PI运算后作为导叶开度设定值送至综合放大单元。由于积分环节的响应速度较慢，为了达到功率设定的快速响应，VGCR211调节器功率控制采用了一个与水头有关的先导特性与PI调节迭加在一起作为调节器的输出，先导特性定义了五个基准水头下不同负荷及异叶开度，调速器在运行时分别对水头负荷及导叶开度进行插值计算出适应不同运行工况的参数。先导特性实际上是一个比例环节。当机组负荷设定值变动时，先导特性迅速将导叶开度调节至大致位置，然后由积分环节进行精确调节。此外，

47、调速器在功率控制时也可引进频差信号，监视系统频率，并在功率控制时对系统进行二次调频。为了防止机组并网后从系统吸收功率，调节器自动预置了一个在功率调节时可忽略的小功率设定值。3）开度控制开度限制开度控制开度限制实际上是将导叶开度设定值直接与导叶开度反馈值进行比较，开度控制是机组在并网运行时的一种重要方式。当机组由其他控制方式切至开度控制方式时，开度设定值等于当前开度值（无扰动切换）。此时机组开度值按开度设定值调整，开度限制可在0100之间设定。它在任何控制方式下（包括机组启动时）都能起限制作用。调节器的运算结果与开限值进行比较，较小的值作为导叶开度设定值输出到输出放大器模块（VCA1卡），当开度

48、限制起作用时，可从调速器面板相应的指示观察到。4）机组的启停和并网为实现机组迅速开机至空载转速及减少机组在低转速下的振动，调速器的开机按“先开后关”的规律先将导叶开至第一启动开度，当转速上升至85额定转速时，导叶再关回至第二启动开度；启动开度是关于水头的函数，以小浪底水电厂6机为例，第一开度等于当前水头下空载开度再加15的空载进度，第二开度等于当前水头下空载开度加上4的空载开度。当机组转速在第二启动开度下接近同步转速时，调速器切为转速控制。开机过程中调速器提供90和95额定转速信号分别用于启动励磁系统和同期装置。为了使机组快速并网，机组启动时机组转速设定为跟踪网频直至机组转速达到90额定转速。

49、当转速等于或大于90额定转速时，进行最后一次网频测量；在机组转速上升至接近转速设定值(约小于最后一次网频的0.1)并延时25秒后调节器才认为同期装置所发的增速减速脉冲有效，以防调节脉冲过早作用于调速器使机组不稳而不利于并网。调速器接到停机命令时，首先导叶按一定的速率关至空载，然后导叶按最大速率完全关闭。当调速器失灵时，可按下面板上设置的紧急停机按钮使紧急停机电磁阀失磁切断油路实现紧急停机。当机组转速信号消失时，调速器可根据停机时间模拟机组转速从而保证停机时正确发出应投退制动的转速信号。（4）凌津滩水电站微机调速系统湖南省凌津滩水电站安装有9台单机容量为30MW的灯泡贯流式机组，总装机容量270

50、MW，年发电量12.18亿Kw.h。1）调速系统的组成凌津滩水电站调速器系统采用美国WOODWARD公司的并联微机型电液调速器，由电气数字调节器和机械液压控制系统组成。电气数字调节器采用三机冗余CPU及单工IO。其主要控制功能有：转速调节、功率调节、开度（水位）调节、蠕动零转速检测、导叶自动关闭控制、空载差频控制、电液转换器故障诊断、导叶安全连杆控制、自动转换为协联关系及由于甩负荷而导致的最小化上游浪涌倾角控制、压力油槽自动压力控制、压力油槽自动补气控制和数字化协联功能等。        频率测量采用4路独立的测速装置，其中

51、两路采用齿盘测速装置主要是为了保证转速95时测速的准确性，提高抗干扰能力；另外两路是PT测速装置、当转速95时自动从齿盘测速方式切换到电压互感器测速方式。调速器为双调型，具有导叶调节和浆叶调节两部份，导叶浆叶反馈都是采用角度传感器，分别经导叶浆叶接力器位置变送器，将导叶浆叶的旋转角度转换成420 mA的电流信号。调速器接受监控系统的开、停机的控制命令，自动实现机组的自动开、停机操作和增减负荷，调速器还具有手动操作和测试功能。2）调速系统的特点采用微机型计算机实现了水轮机调速器的数字调节与控制，具有很高的静态精度与极小的转速死区。PID调节规律由软件实现，具有人工智能的调节模式，使调速系统总是在

52、最优参数下运行，具有很高的动态稳定性、速动性和及快速跟踪能力。采用安全连杆控制方式用于判断导叶是否被异物卡涩。安会连杆触点正常时呈“常开”状态，一旦个别导叶发生卡涩，其常开触点闭合，安全连杆控制方式有效。同时，调速器作用于导叶从当前位置再打开10mm，并保持180秒，然后回到原位置，判断触点是否已断开，如此往返三次，如果触点还未断开则发出“剪断销剪断”的告警信号。调速器在硬件上配备三机冗余CPU，具有抗干扰能力强，可靠高的特点。具有数字协联技术，大大提高了水轮发电机组的发电效率。调速器与监控系统之间的联系是采用硬逻辑接线方式，调速器配置了开关量输入输出模块，用于与监控系统通信，并配置有模拟量输

53、出模块，将调速器采集的重要数据传送到监控系统，保证了设备信号传输的稳定性和快速性。完善的信息显示及故障报警，有利于维护人员对调速器状态的查询并进行维护处理，提高了故障的处理速度。调速器分两步开机，第一步开机使导叶关闭电磁阀65GSDPA运行，给主配压阀提供压力油源，保证第二步开机时开启导叶，启动协联时有足够的油压。（二） 无功功率调节系统无功功率调节系统包括无功率给定和无功功率调节两部份组成。无功功率给定方式有：负荷曲线给定，或通过键盘在显示器上实时设定等方式。依据调度所给定220kV（或500kV）的高压母线电压调节曲线给定的各时段功率因数值，系统可按等无功功率、等功率因数或其它准

54、则，并考虑机组的限制条件，进行机组间无功率分配，并确保工况转换所造成的无功扰动尽可能做到最小。例如新安江电厂要求220kV母线的电压保持在244kV至204kV范围内，且机组间无功应均衡分配。附1：静止整流自并励励磁系统静止整流自并励励磁系统，既取消了励磁机，又不需要配置电流大、制造和布置均较困难、容易产生过电压的串联变流器和变压器。具有结构简单、体积小、制造和布置方便、运行可靠性高、价格低的优点。同时，励磁调节速度快，能够提供很高的励磁顶值电压。过去人们一度担心这种励磁系统在机组近端三相短路时，强励能力会消失或减弱，可能影响系统的安全稳定性和机组后备保护动作的可靠性。然而大量的研究分析和实际

55、运行经验证明：1 在发电机电压变化不大的运行方式中，如远端三相短路、近端单相短路、负荷突然变动、振荡等情况下，自并励系统可以克服其正反馈的弱点，并且控制响应速度快，运行性能较直流励磁机方式优越，特别是在配有合适参数的电力系统稳定器PSS情况下更是如此。2 对配置有自并励励磁系统机组的事故统计分析及处于系统送端、受端的自并励励磁系统发电机的稳定计算表明，当故障切除时间短到0.1秒左右时，自并励励磁系统的可靠性对提高系统稳定性的作用，均高于同样励磁顶值倍数的交流励磁机的常规三机励磁系统。3 与自复励励磁系统比较。以国内用得较多的交流侧串联的自复励磁系统为例，在电力系统

56、稳定性的影响上，两种系统各有优缺点，无显著差别。对于自复励来说，一方面，系统短路时，串联变压器能提高励磁整流桥的输入交流电压。但另一方面，串联变压器加大了励磁整流桥的换向电抗，从而励磁系统输出的强励电压降低。在近端三相短路过程中，前一因素起主导作用，自复励优于自并励。短路切除后，后一因素起主要作用，自并励优于自复励。综合作用结果，两者对系统稳定的影响，并无显著区别。考虑到近端三相短路几率极少，而在其它大多数短路故障情况下，自并励系统仍具有一定的强励能力。而且，即使出现近端三相短路，还要考虑到水电机组的励磁绕组的时间常数（Tdo）很大，高起始响应的励磁调节器虽然能使励磁电压在0.1秒内强励到顶值

57、，但是励磁电流的上升滞后了0.150.5秒，其实际强励作用对各种励磁方式都是有限的，差别不大。此外，大中型水电机组接入的系统，其输电线路主保护动作切除故障时间为0.10.15秒，自并励系统在故障切除后，其强励输出电压较自复励系统高的优越性就显得更加突出了。附2：国外引进的静止整流自并励励磁系统Thyripol型自并励可控硅静止励磁系统，是由德国西门子公司生产的。广州蓄能水电厂二期的四台300MW机组选用该静止励磁系统与之配套，满足蓄能机组的发电、抽水、调相、SFC变频起动、背靠背起动、黑起动等工况的要求。励磁变压器接在发电机出口开关系统侧，直接从系统取电，在抽水工况SFC变频起动、背靠背起动和

58、电气制动时不需要从厂用电另设起励变压器。起励电源用220V蓄电池，仅在黑起动时使用。励磁调节器由两套完全独立的双微机励磁调节器Simadyn-D及手动控制单元组成，互为热备用并有自动跟踪装置。每个调节器有自动电压调节和手动电流调节两个通道。在电压调节方式下当主用调节器故障时自动无扰动切换到备用调节器，如主备用调节器的电压调节通道均故障则跳机。当励磁电流测量变送器故障时考虑到过励和最大励磁电流限制起不到作用，此时由自动电压调节通道紧急切换到另一正常的手动电流调节通道。利用励磁调节器强大的计算功能，PT断线检测由计算三相电压不平衡值判断，不平衡值大于6即认为PT断线，自动切换到备用调节器。1

59、60;励磁调节器的功率部分（1） 功率整流器三相全控桥式整流装置，三并联支路以冗余方式工作，单个支路故障不影响系统运行，每个桥臂为一个可控硅并带有熔断器保护。共十八个可控硅。可控硅采用风冷，采用阻容元件抑制换相时产生的过电压，整流桥间的电流平衡由SITOR型整流器的机械安装方式来报证。（2） 灭磁停机过程中需将转子磁场的能量迅速释放，避免定子产生过电压。正常停机灭磁分两步进行，磁场能量先由可控硅逆变灭磁，可控硅导通角150°，逆变时间10s，大部分磁场能量经逆变反送至系统，逆变结束交流励磁开关断开，同时合上灭磁接触器K611，转向第二阶段由铸铁材料制成的线性电阻R

60、101灭磁，剩余磁场能量在10s内由灭磁电阻消耗掉。事故情况下不允许逆变灭磁，此时直接跳开交流励磁开关，合上灭磁接触器。经计算在10.48s内可由灭磁电阻消耗全部磁场能量，其间励磁电流按e的负乘幂规律衰减。Thyripol励磁系统的最大特点是转子回路不设磁场断路器，利用交流开关灭弧性能好，可靠性高的特点，励磁系统依靠有二个独立跳线圈的交流励磁开关切断与系统的联系，磁场能量的消耗由灭磁接触器K611控制，避免事故时由磁场断路器直接切断上千安培的励磁电流。（3） 过电压保护过电压保护和灭磁为同一回路，但实现方式不同。采用可控硅跨接式过电压保护，由两只反向并联可控硅A106、A107、自触

61、发电路BOD和电流继电器K112组成，自触发电路BOD的过电压门槛值设定金1883伏，比计算得到的反向峰值电压1983V低100伏。由于失步或雷击造成转子正极过电压，自触发电路BOD触发导通可控硅A107，转子经灭磁电阻短路，K112探测到有电流，立即跳开励磁开关以切断励磁电源，同时合上灭磁接触器K611，转入灭磁号阻灭磁，再关断可控硅A107。当逆变过程故障或由于可控硅保险熔断而产生负极过电压，由可控硅A106导通实现负极过电压保护。   2 微机励磁调节器的构成微机励磁调节器Simadyn-D是西门子公司在Windows3.1平台上开发的，硬件可自由

62、配置，软件编程图形化的多微处理器数字过程控制系统。包括数字调节器和数字移相器，扫描时间最快可达0.1ms，共有五个处理器板。理器板均配有8位2K的EEPROM和16位512K的EPROM，EPROM存储有操作系统的机器码和用户委序，而励磁运行参数则存在EEPROM中。微机励磁调节器Simadyn-D包括控制总线、20位地址总线和16位前据总线的局部总线和通信总线，局部总线和通信总线均有由通信缓冲板为5个处理器提供的公用64K内存。每个处理板有三只看门狗用于软件和硬件的监测并有复位按钮，七段显示器用于显示处理器编号，故障时会闪烁。（1） 励磁调节器主要硬件1） 机架上配有24个插槽用于安装励磁调节器Simadyn-D的各类模板，如处理器板、通信板和通信缓冲板等，机架为每个插槽配有局部总线和通信总线及相应的电源。2） 处理器板装有80C18616MHz16位微处理器板，内存128K，总线管理中享有优先权，用于控制、计算和调任务。二个串行口与现地控制面板进行能信。3） 处理器板PT20，主要用于开环和闭环控制及计算任务。装有C18620MHz16位的微处理器板，内存64K，二个串行口用于通信和伺服接口，数字量和模拟量的输入和输出。4） 处理器板PG16，专门设