大峡水电站机组调速器技术改造

大峡水电站机组调速器技术改造1802007年11月水电厂自动化第4塑笙塑大峡水电站机组调速器技术改造张东成关小刚(甘肃小三峡水电开发有限责任公司甘肃省兰州市730500)【摘要】介绍了大峡水电站调速器原采用的型式及存在的主要问题,改造方案,新设备的特点,改造实施和试验情况,并对一次调频功能的实现及各项指标情况作了简介,为今后双微机型式调速器实现一次调频功能提供了借鉴,同时对设备技术改造作了整体的评价.【关键词】大峡水电站调速器改造试验【数据库分类号】SZ030引言大峡水电站总装机容量300Mw,安装4台轴流转桨式水轮发电机组.机组调速器电柜为SJ721A装置,机柜为DTJ一100/4.0一C(导叶液压机械柜)和DTJ一80/4.0-D1(桨叶调节器).电站于1996年底开始投产发电,设备至今运行10年有余,因元件老化使设备故障率升高,已不能满足安全生产运行的要求.从2005年底开始,依次对3号,4号和2号机组调速器进行了技术改造.新调速器采用南瑞电控公司生产的SAFR-2000双微机调速器电柜和ZFL/D型导叶调节液压装置,桨叶调节液压装置不变,仅对开度传感器进行了更换.设备投运后,技术性能指标完全满足要求,运行稳定,取得了较好的技术经济效果.本文就大峡电站机组调速器技术改造情况作一阐述.1原调速器存在的主要问题大峡水电站调速器改造前主要存在以下问题:(1)设备逐渐老化,设备故障率明显增高,同时备品维修和采购日益困难,严重威胁着机组安全运行.机组在运行中多次出现调速器严重故障迫使停机处理;(2)导叶机柜电液转换器存在易发卡和漂移的固有问题,尤其在机组运行中经常出现自动增负荷和减负荷,甚至导叶全关现象,影响机组安全运行,维护工作量大;(3)导叶,桨叶开度传感器故障率高,影响机组调节,对经济运行不利,检修维护不方便;(4)该设备为上世纪90年代产品,无中文人机界面,不能实现与电站计算机监控系统的通信,操作,调试和对设备的监控均不方便;(5)由于电站测压管堵塞,没有实现自动水头,且机组永磁机测速精度较低,不能满足调速要求;二段关闭控制逻辑不合理;(6)调速器不具备一次调频功能,按调度中心要求,必须具备一次调频功能.为了进一步提高电站自动化水平,提高设备可靠性,满足无人值班(少人值守)要求,同时实现一次调频功能,满足电站及电网自动化水平的需要,必须对调速器进行技术改造.收稿日期:20070831.?调速与励磁?张东成等大峡水电站机组调速器技术改造18l2调速器改造方案针对上述问题,我们决定对机组调速器按以下方案进行改造:(1)更换调速器电气柜和导叶机械柜,保留原桨叶控制的插装阀和比例伺服阀.经选型新调速器采用SAFR一2000双微机调速器电柜和ZFL/D型导叶调节液压装置;(2)导叶,桨叶开度传感器采用美国CEIESCO公司PTIMA拉绳位移传感器;(3)加装齿盘测速装置,取代原永磁机测速.调速器测频方式改为以PT测频为主,齿盘测频为辅的方式;(4)更换二段关闭阀.原调速系统的导叶机械柜,事故配压阀和接力器主油管上均装有二段关闭装置,系统较复杂,控制逻辑不合理.现改为只在主接力器主油管上装1套二段关闭阀,其控制由计算机监控来实现.二段关闭阀投入条件为:机组事故停机时导叶开度在拐点开度以上,机组正常停机时不投二段关闭阀;(5)将原机械式主令控制器更换为电主令控制器,安装维护方便;(6)实现调速器一次调频功能,增加调速器与监控系统的接线,并修改监控软件,改进一次调频与AGC控制对机组的不良影响;(7)恢复调速器自动水头信号;(8)实现与监控系统的通信连接.3新调速器特点3.1调速器电柜特点SAFR一2000双微机调速器具有较高的性能和较快的运算处理速度,其主要特点如下:(1)采用32位CPU内核,采用RISC精简指令集,具有64位数据处理能力和较高的运算速度;(2)采用两套完全相同的微机控制系统(A,B),互为备用;通过故障自诊断进行双机切换,严重故障时(如伺服阀卡)可自动切换至手动运行,容错性能好;(3)采用工控机作为两套控制器的管理通信机,开发了WindowsNT界面下全中文智能调试接口软件和运行状态下的显示操作人机界面,具有方便的调试手段;(4)装置模件采用先进的表面贴装工艺,在电磁兼容方面也采取多种接地,有源滤波,屏蔽,分布式隔离电源等抗电磁干扰技术,抗电磁干扰能力强;(5)在线式智能专家诊断系统:调速器故障时自动弹出菜单,给出故障原因和解决方法,引导用户进行故障分析和故障定位,维护调试非常方便;(6)SAFR-2000具有与监控系统连接的通信接口,能由计算机监控系统进行成组调节及全厂经济运行,且该功能与调速器基本功能互不干扰.3.2ZFL/D型导叶调节液压装置特点ZFL型调速器液压控制柜是一种基于全液控自复式主配压阀为核心的电液控制系统,它是一种具有开创性全新概念的调速器液压装置.其结构简单,操作安全,方便,可靠,与电气控制柜相配套,主要用于大中型水轮机的自动调节与控制,除了常规的伺服阀控制功能外,还具有容错控制功能.该液压柜设计的主导思想是全面提高调速系统的可靠性和速动性,适应电站无人值班和少人值守的要求.系统原理见图l.1822007年11月水电厂自动化第4期总第114期.图1ZFL型调速器液压控制系统原理图这种液压柜具有以下特点:(1)采用了德国BOSCH比例伺服阀作为电液转换元件,既有伺服阀的高精度高响应性,又有比例阀的出力大,耐污染能力及防卡能力强等高可靠性;(2)导叶的容错控制采用了进口高速数字脉冲阀作为开关控制;(3)采用全液控自复式主配压阀作为控制核心;(4)电气控制回路上引入了与伺服比例阀相配套的BOSCH进口功率放大板,同时引入伺服比例阀芯反馈和主配压阀阀芯反馈,设计了多级闭环放大电路,充分提高了整个系统的稳定性,精确性及速动性等指标;(5)所有液压件都设计安装在液压集成块上,液压件之间的联接由集成块内部的油道完成,全部取消明管,从而可大大提高操作油压力;(6)完全改变主配压阀的系统结构,取消了调节杠杆,明管,引导阀,机械开限机构,辅助接力器及机械反馈传动机构,大大简化系统结构,提高了系统的可靠性,实现了无渗漏;(7)主配压阀控制信号改为液压流量输入,由电液伺服比例阀直接控制.主配压阀为一级流量放大;(8)主配压阀自身具有自动回复中位的特点,其自复机构简单可靠,不存在零点漂移现象,无需调整机械零位;(9)真正实现了液压系统的全集成化,高可靠性.4改造实施4.1设备安装依据国家标准要求对调速器电柜,导叶机械柜,各现地自动化元件,调速器油管路和二段关闭阀等进行改造施工,施工中严格控制设备各元件安装质量,从而保证了设备整体质量.4.2静态试验静态试验目的是检验调速器设计和施工质量,并为动态调试做好准备工作.按照水轮机电液?调速与励磁?张东成等大峡水电站机组调速器技术改造183调节系统及装置调整试验导则DL/T4962001规定的试验项目和说明书的要求进行试验和调整,测得主要性能指标如下:(1)转速死区ix=0.023;(2)静特性曲线近似为直线;(3)随动系统不准确度ia-0.2;(4)导叶全开时间:13s;(5)导叶直线全关时间:10s.4.3动态试验动态试验主要检验调速器各项动态指标,保证机组在突变负荷工况下能满足调保计算要求,选择最佳调节参数.按照水轮机电液调节系统及装置调整试验导则DL/T4962001分别进行了空载扰动试验,机组甩负荷试验和接力器不动时间测试试验.测得主要性能指标如下:(1)PID参数:KP=2,K10.3,KD一1;加(O4)Hz的扰动量时,各项指标均达至国标规定的要求.(2)甩25负荷时,导叶接力器不动时间小于0.2s;(3)甩100%负荷时,导叶接力器在转为开方向动作后到频率稳定时间为9S,超过额定转速3以上的波峰1次,振荡次数为1次,优于国标要求.4.4一次调频试验试验目的是检验调速器是否满足电网公司规定的水电机组一次调频的主要技术指标.试验中主要做了如下工作:为了解决一次调频与AGC功率控制权问题,在机组监控系统中增加了一次调频控制流程,一次调频动作时闭锁AGC有功调节;对调速器发电控制程序进行修改,进行一次调频动作最大负荷限制;试验中优化PID参数,以获取调速器对频率响应的快速性和准确性.通过对各机组试验数据分析计算,得出以下试验结论:(1)机组调速器测频回路经校准,误差可控制在0.005Hz范围;(2)机组调速系统综合固有死区为0.01Hz,转速死区不超过4-_0.02,人工频率死区设置为4-0.05Hz,满足指标要求;(3)机组的永态转差率bp设置为3,满足指标要求;(4)响应行为:一次调频负荷响应滞后时间小于3s,负荷响应时间小于15S,稳定时间小于45s,均满足要求;(5)机组负荷对电网频率超出一次调频死区扰动能及时地予以响应,限幅指标基本满足要求;(6)综上所述,机组具有一次调频能力,并具备投入一次调频功能的条件.5改造后评价从改造后投运1年多的运行情况来看,新设备运行稳定可靠,无故障,各项技术性能指标达到了国标及设计要求,保证了电能的质量.6结语经过对3号,4号和2号机组调速器成功改造,设备的可靠性得到了明显的提高,为后面的1号机组调速器改造打下了扎实的基础.由于设备的操作简化,检修和维护量的减少,为无人值班(少人值守)创造了良好的条件.张东成男,工程师,目前从事水电站电气二次设备管理工作.关小刚男,工程师,目前从事水电站电气二次设备管理工作.