中小型水轮机机械调速器的技术改造

中小型机械液压调速器的发展及存在问题我国中小型机械液压调速器的研制起步于20世纪50年代初期，到60年代，逐步形成了较完整的产品系列。其中，YT系列小型调速器（即XT系列，全国联合设计）及TT系列特小型调速器（天传所研制），技术成熟，设计完善，资料齐全，为全国各调速器厂家所采用，已投运的产品达数万台。中型机械液压调速器的品种较多。常见的有：仿原苏联的CT-40型调速器；YT-1800型及YT-3000型调速器；以及GT-1500型、GT-3500型调速器。上述各类中型调速器，已投运的产品也有近万台。20世纪70年代以来，由于CT-40型调速器及GT系列调速器设计上存在某些缺陷，已经停产。近二十年来，随着各类电调在中小电站逐步得到广泛采用生产YT系列及TT系列调速器的厂家也逐渐减少。经过多年的运行，许多中小型机械调速器已不能正常运行，甚至长期手动操作，无法自动调节。有许多中小型机调用户希望用较少的费用、较短的工期，将机调改造成先进而可靠的电调。还有一些用户希望选择一种技术先进、工作可靠、性能优良而价格较低的新型电调，对现有机调进行更新换代。为此，我们向大家介绍以下几种中小型机调的改造方案。二YT系列中小型调速器（含CT-40型）的技术改造方案对中小型机调的技术改造，通常是保留其油压装置、主接力器及主配压阀等仍可正常工作的部分，仅将其机械液压柜去掉，改造成由先进的电气部分与相应的机械液压部分构成的电调控制柜。对于不同的水轮机型，有不同的改造方案，现分述如下。1、 用于混流及轴流式机组的改造方案推荐按YKT系列可编程调速器的模式进行技术改造。YKT系列中小型调速器共有YKT-3000、1800、1000、600、300等五个规格。该系列调速器采用先进的可编程控制技术和步机电机技术，不仅具有良好的调节品质，而且结构简洁、新颖，运行可靠，操作方便，维护简单。是传统调速器理想的升级换代产品。既可整机配套，又可方便地对YT系列调速器（含CT-40型）进行技术改造。2、 用于冲击式机组的技术改造方案YT系列中小型调速器（含CT-40型）用于冲击式机组时，传统的做法是主接力器直接控制（一个或数个）折向器，然后由折向器经过协联凸轮、喷针配压阀及反馈杆件控制（一个或数个）喷针接力器。即在调速器和喷针接力器之间，串联了一个液压随动系统，因而称之为串联调节。大家知道，冲击式机组调节的的稳定性主要取决于喷针的动作，而传统的串联调节模式在调速器与喷针之间增加了一个带有死区及纯滞后的环节，显著地影响了冲击式机组调节的的稳定性，使得许多冲击式机组不能正常运行。针对上述问题，冲调的技术改造推荐采用并联调节方案。即电气柜一方面通过比例换向阀直接控制喷针接力器，实现自动调节；另一方面通过紧停阀、开关阀及主配压阀控制主接力器，由折向器实现紧急停机或过速限制。并联调节方案大大提高了调速系统的稳定性和调节品质，从根本上解决了冲击式机组的调节稳定问题，三技术改造后的主要特点电气部分的主要特点■采用可靠性极高的三菱A系列可编程（PLC）,体积小，抗干扰能力强，能适应恶劣的工业环境，具备容错、自诊断功能，平均无故障时间达三十万小时以上；■采用PLC内部测频方式，可同时满足适时性和测频精度的要求，机频故障时可自动地切为手动；■人机界面采用可编程专用智能显示单元（触摸屏），汉化显示，清晰直观。■调节规律为PID智能控制，具有良好的稳定性及调节品质；■采用数字协联，协联精度高。■具有可扩展通讯接口，可方便地实现调速器与计算机监控系统（或AGC）的数据通信。机械液压部分的主要特点■步进电机可靠性高，驱动力大，抗油污能力强，耗油省。■用滚珠丝杆构成的引导阀自复中机构，复中精度高。■电手动为闭环控制，控制精度高，不爬行。另有液压手动作为备用。■步进电机、手操、主配压阀、紧急停机电磁阀、位移反馈等为一体化设计，结构简单、检修方便。■可根据用户需要，设置两段关闭装置、事故配压阀等。工作原理水轮发电机组有多种运行工况在不同的工况下调速器需要采用不同的控制规律和调节参数。调速器各工况下的控制规律由软件（即程序）实现。自动开机时，机频与频给的差值通过PID运算后，可编程输出调节信号到综合放大板，调节信号和导叶主接力器的差值再与电机反馈相比较，其差值由驱动器转换成步进电机的开、关信号，控制导叶接力器的开、关运动，直至机频等于频给。并网前永态转差系数bp=0，人工死区E=0，调节参数为空载参数，保证了机组空载运行的稳定性。在机组开机过程中，频给等于50Hz。在空载运行过程中，若调速器的频率调节方式处于“不跟踪”，则频给值默认为50Hz，如需改变频给值，可通过调速器柜上的按键或增、减给定按钮进行整定，也可通过上位机或自动准同期装置的指令增、减；若调速器的频率调节方式处于“跟踪”，则频给自动等于当前的网频，以实现机频自动跟踪网频。并网后，频给自动整定为50Hz，bp置整定值以实现有差调节，切除微分并投入人工死区。此时接力器开度将随着频差而变化，并入同一电网的机组将按各自的bp值自动分配负荷。当上位机或电控柜上的增、减给定按钮发出增、减负荷命令时，功率给定相应改变，功给信号一方面通过前馈回路直接叠加于积分输出值，一方面与调节器输出相比较，其差值通过bp回路调整调节器输出。由于前馈信号的作用，负荷的增/减几乎与增/减操作同步。电手动和自动之间相互切换可随时无条件、无扰动地进行。并网自动运行时，当可编程检测到机频故障，调速器自动地将导叶切为电手动，调节输出信号保持故障前的数值，即调速器无扰动地切为手动运行，接力器保持原有开度。必要时，也可随时用调速器柜上的电手动按钮将调速器切为电手动运行。电手动运行时，操作电手动增减开关，直接使调节输出值增大或减小，从而使导叶接力器开或关。机械手动运行时，可编程自动采集主接力器位移传感器的反馈信号并使可编程输出的调节信号与其相等。因此，只要调速器工作正常，可随时用切自动按钮将导叶无扰动地切至自动工况。自动停机时，调节输出信号以一定速度降为零，与自动开机的过程类似，调节信号和导叶主接力器的差值再与电机反馈相比较，其差值由驱动器转换成步进电机的关信号控制主接力器关闭到全关位置，机频随之降为零。若轮叶置自动，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，轮叶处于起动开度；机组自动开机后，当转速上升到52左右，轮叶将自动关闭到零；机组并网后，随着负荷和导叶开度的增减，轮叶将在数字协联输出信号的控制下，准确地按照机组协联关系开到相应开度，确保机组在最优工况下运行。机组自动停机时，当导叶开度关至零且机组转速降至52以下，轮叶将重新开至起动开度，为下次