【摘要】介紹了雙微機調速器的硬件結掏、控制功能和外圍傳感元件、電液伺服閥結構和動作原理，并就其設計、運行情況進行了綜合評介。 【關鍵調】濉水電廠 雙微機調速器 結構 功能角度 變送器 電氣保護 1電廠調速器概述 二灘水電廠位于雅礱江下游四川省攀枝花市境內．二灘水電廠裝有6臺單機容量550MW的機組，總裝機容量3300MW，多年平均發電量170億kw•h，是我國20世紀末建成投產的最大水電廠，第一臺機組于t998年8月18投入運行，I999年l2月4日電廠全面竣工投產。二灘水電廠六臺機組調速器電柜和機柜均由瑞士HYDROVEVEY公司制造，金屬構件部分（如集油槽、接力器等）山加拿大GE公司制造；雙微機調速器的軟硬件是瑞士HYDROVEVEY公司的產品，經該公司系統設置、軟件開發后，成為歐式標準產品。調速器電氣控制柜安裝在發電機層單元控制室中，機械控制柜、壓油裝置布置在水輪機層。 2微機調速器的系統結構與組成 二灘水電廠微機調速器電氣控制柜由控制盤和操作盤組成；在控制盤內上部設有1號和2號調速頭，在下部設有帶保護的AI端子排、蠕動監測繼電器、網頻信號過濾器、模擬信號電磁隔離器、1～2號調速頭故障切換繼電器、有功功率變進器，在控制盤面板上裝有緊急停機按鈕；在操作盤內上部裝有各功能繼電器、在下部裝有220VDC：電源切換塊、交直流電源小開關、輔助端子排、220VDC/240VDC；電壓變換器，在操作盤面板上部裝有機組轉速、導葉位置、有功、永態轉差系數、頻給、開限、功給、人工死區、網頻指示表，在中部裝有觸摸屏及頻給、功給、開限、控制地點、導葉控制方式、開度一功率反饋選擇、1～2號調速頭選擇、切換方式選擇開關；在機柜面板上裝有機組轉速、開度、開限指示表和各狀態指示燈及開限增減開關、緊急停機按鈕。 2、1系統結構 雙微機系統調節器：雙微機、雙總線、雙輸入懦出通道；實際上是兩套微機調節器，內容完全相同而結構完全獨立但互為備用的冗余系統。 2.2系統組成 2.2.1水輪機調速器電柜配置 （1）電柜柜體（2200mm×1600mm×800mm）兩柜合一 （2）雙直流電源切換塊l塊 （3）輸入隔離部件l套 （4）繼電器組件l套 （5）GESBUSG96總線印刷電路插件板共20塊 其中 1）截處理機插件板GESSBS-6A 該板具有時鐘頻率16MH的68000微處理機。 2）存儲器插件板GESMEM-12D 該插件為通用存儲器插件，其設計是在具有l6位非同步馓處理機的G96總線上工作的。 3）程序控制計時器插件板TIM-536 該插件包括多達三只程序控制計時器，每只計時器有三個l6位計數器?？梢灶l率發生、測量及時間問隔的測定。 4）D/A變換器插件板GESDAC-2B 該插件提供8個獨立的D/A變換器通道。 5）開關量接口插件板GESP-2A 該插件包括兩條MC6821I/（3回路，它允許微處理器通過40條TTL兼容性數字通道與外部相聯系。 6）繼電器接口插件板GESOUT-3 該插件能將微處理器傳送的數字指令發送給繼電器。 7）其經功能插件板共18塊 2．2．2軟件配置 （1）實時運行軟件程序 實時運行軟件使MIPREG-600水輪機調速器具有了全部調節與控制功能。同時在IPREG-600裝置實際運行過程中，其觸摸屏上能反映大量運行狀態、工況、參量及故障等信息，便于運行人員及時了解調速器的運行情況。在中央控制室上位計算機控制方式運行時，MIPREG-600裝置與上位機進行信息交換，按以k位機發出的指令進行調節與控制，以便更經濟地運行。 （2）調試軟件 調試軟件由智能化調試軟件和維護診斷軟件兩部分組成。 •智能化調試軟件 使裝置處在調試工作狀態下，幫助調試人員簡便順利地完成裝置安裝調試及調速系統全部試驗工作。調試軟件太大簡化了調速系統試驗的過程，調試人員可方便地設定并修改各種參數和函數，所有的試驗過程都將在PC屏幕和觸摸屏上顯示，靜態試驗和動態試驗的結果都可以在打印機上以數據和曲線的形式自動打印、記錄。這樣就可減少調試人員的工作量，減少勞動強度，提高工作效率，縮短試驗時間。在調試時如無特殊測試要求，無須外接通常調速器試驗所需的測試儀器。 •維護診斷軟件 該軟件可幫助檢修人員迅速準確地了解裝置軟硬件的工作情況，確定故障點所在印刷板，迅速排除裝置的故障。 3微機調速器的控制功能 二灘水電廠微機調速器具有多種控制功能及運行方式。主要采用了開度控制、功率控制、開度限制控制、頻率跟蹤控制、頻率控制等，各控制方式均設置了單獨的控制軟件，能夠獨立地完成對機組的調節控制，且彼此既相互對立。又相互聯系，其內部控制遵循“最小參數選擇”原則自動轉換（即信號最小者擁有最高級優先控制權）。由于各控制方式之間實現了信號有效跟蹤，所以各方式切換能夠平衡無擾動地完成。 3．1開度控制 開度控制主要用于機組啟動、停止和并阿后帶固定負荷的控制。它包括：啟動開度ICYD0控制、啟動開度IICYD控制、啟動開度ⅢCYD2控制、開度控制和頻率跟蹤控制等。 機組在具備開機條件后，調速器開機電磁閥動作，機組開始起動，調速器首先作用于“啟動開度I控制CYDO”，打開導葉至空載開度位置的0.3倍，當機組轉速上升到某設定值時（5Hz），自動轉換至“啟動開度IICYD控制”，再打開導葉至空載開度位置的0.75倍，當機組轉速上升到某設定值時（20Hz），自動轉換至“啟動開度ⅢCYD2控制”，再打開導葉至空載開度位置的I.25倍，當機組轉速接近額定轉速時，導葉自動回關至空載開度（此空載開度由調速器根據水頭與空載開度曲線中的實環水頭自動設置），此，整個開機過程結束與國內大開度打開后再回關的開機方式相比，它的優點在于：在開機過程中不同轉速段下采用不同開度．從而使機組快速、準確、平穩、無超調地達到額定轉速。 機組并網以后，調速器可在殲度或功率反饋方式下，可以通過現地或遠方誦整負荷，也可以通過AGc的方式，根據預定的負荷曲線自動進行稠整。 3．2轉速控制 轉速控制包括空載轉速控制、并網轉速控制和孤網轉速控制三種方式。 3．2．1空載轉速控制 只有在發電機出口斷路器斷開時有效，它主要作用于機組的啟動、并維持機組的轉速在額定轉速運行。 3．2．2并網轉速控制 只有在發電機并網時有效．以消除系統中的頻率異常（因為二灘水電廠機組容量大，在系統中具有調頻能力）。 3．2．3孤網轉速控制 是為了承擔地方孤立負荷和應時系統負荷大波動而設置的控制方式，它的運行條件是：出口斷路器閉臺與轉速超過預定的轉速偏差時（49.5～50.5），自動投入，參與系統的調頻，并按照預定的機組調差率，消除轉速偏差提高系統的穩定性。 3．3功率控制 該控制必須以發電機出口斷路器閉合為前提，否則陵控制不起作用；機組輸出功率經功率變送器與外部功率設定值相比較后的輸出決定機組所帶負荷，以維持系統頻率的穩定。 3、4開度限制控制 它是作為所有控制方式信號的限值控制，當任——控制方式的信號達到限制值時，開度限制控制將自動投人，防止調節的錯誤和失誤。該軟件中，“開度限制點”單獨設置有兩個：啟動開度限制和開度限制。其內部控制遵循“最小參數選擇”原則自動轉換；開度限制可以在機柜上調整也可以在，電柜、觸摸屏、中控室調整．導葉開度限制器范圍-5～110%。 3．5頻率跟蹤控制 頻率跟蹤控制實際就是轉速控制，在機組啟動轉速達到25％Ne時，投人該方式，機組頻率將自動、穩定地跟蹤系統頻率，以實現快速并網。設計上，當機組頻率跟蹤到49.5～51.5Hz時（該范圍可調整），同期裝置自動投人，機組立即并網，并網后頻率跟蹤自動退出。 4微機調速器的外圍設備 4．1轉速檢測單元 由HYDROVEVEY公司開發的轉速測量系統采用兩套齒盤測速的方式，每一套由兩個固定的磁性傳感器組成，兩套對稱的布置在機組l大軸的周圍，l2個磁鋼均勻地固定在機組大軸上。兩個傳感器之間的距離是通過計算得到的，兩傳感器之間的磁通路的時間符合機組的旋轉周期。磁鐵的數目決定了機組大軸每個旋轉周期的測量次數。當機組轉動時．磁鋼隨大軸一起轉動，與靜止的傳感器感應面不斷地靠近、分開，傳感器中由磁鋼產生的脈沖經過處理后能觸發一個由石英鐘控制的計數器，脈沖的次數記錄在計數器中，從而得到機組的旋轉周期．經過計算其倒數便獲得一個與機組轉速相關的線性函數。兩套并存的測量裝置對稱安裝在180[sup]。[/sup]的方向上，其中一套用于補償由于機組大軸在軸承間隙中的位移而引起的誤差，而另一套提供給了一個監視裝置。通過比較從兩回路中獲取的數值來校正傳感器的工作。轉速檢測單元的輸出引入微機調速器，作為機組調節控制信號和通過繼電器組輸出轉速信號供電氣過速及機組操作控制用。 4．2電氣反饋單元 調速器的反饋是調速系統穩定的充要條件，由HYDROVEVEY公司開發的角度變送器可將角度位置0～60。轉換為0～5mA的電氣信號，對應于導葉位置為全關～全開；這套電氣反饋單元主要作為微機調速器電氣閉環控制。 二灘水電廠的機組裝設兩套角度變送器71C1和71C2，導葉接力器通過一套杠桿系統機械地驅動導葉角度變送器的動作，變送器以輸出電流的方式按位移的比例給調速器提供一個信號，該信號分別送到1號和2號調速頭；當任一角度變送器故障時，調速器便平衡無擾動地切換至正常運行的調速頭，此時調速器主故障燈點和觸摸屏主故障類型顯示，同時主故障信號進到中控室。HYDROVEVEY公司的角度變送器是用一有差動旋轉變壓器來檢測的，變壓器的轉于在定子中感應出電壓，這些電壓經正向或負向整流，然后相加，低通濾波器濾去雜波，角度變送器即輸出一平滑的直流電流。HYDROVEVEY公司的角度變送器的特點是：堅固、耐用、抗振動及適應溫差的變化。 4．3蠕動檢測單元 由于二灘水電廠機組運行水頭高，水頭范圍為135m～189m；由于機組長期運行，即使機組在停機狀態下導葉處于全關狀態，由導葉間隙間的漏水就有可能使機組重新轉動，這樣有可能發生燒毀推力瓦的事故和其它故障，所以必須設置蠕動檢測單元；蠕動檢測器檢測到機組的轉動后。其后果是立即投風閘、圍帶放氣、啟動高壓油泵。蠕動檢測器包括一個脈沖發生器和一個靜態控制器。脈沖發生器包括一個固定在水輪機大軸上的鉆有120個孔的金屬環，在孔每經過檢測器——一次，脈沖就產生一次；靜態控制器接受到脈沖，并把這個輸入頻率同參考頻率相比較，從而探測到機組的蠕動。 4．4電液伺服閥90C 由HYDROVEVEY公司開發的雙噴嘴擋板式電液伺服閥具有結構緊湊、靈敏度高、線性度好的優點；該機組液壓放大部分為三級液壓放大。即：電液伺服闊（第一級液壓放大）一第二級伺服閥（第二級液壓放大）一主配壓閥（第三級液壓放大），經液壓放大后壓力油（6．0Me）控制機組主接力器，從而控制導葉的運動。 4．4．1電液伺服閥的結構 固定部分：固定在伺服閥閥座上的永久磁鋼及兩個節流孔、兩個噴嘴等。 活動部分：與擋板鋼性連接的線圈、壓在第二級伺服閥連桿上的探針、壓縮彈簧等。 4．4．2電液伺服閥的動作原理 調速器的功放輸出電流通過兩根柔性的金屬帶從與擋板鋼性連接的線圈中流過而與固定的永久碰鋼相作用從而產生電磁感應力，這個電磁感應力的大小和方向與電流的大小和方向成線性關系。 在穩定工況下電液伺服閩線圈中無電流流過，這時擋板位于兩個噴嘴之間的正中位置，主配壓閥不動作，主接力器也不動作。 當調速器功放輸出關機電流，該電流通過線圈，由于線圈和擋板鋼性連接，所以擋板產生～個垂直向上的力，并使擋板有向上運行的趨勢，由于擋板的向上移動，因此通過下噴嘴的油流增加，而通過一巳噴嘴的油流減少，第二級伺服閥的上腔油量增多并且下腔油量減少，第二級伺服閥活塞因此向下運動，主配壓閻向下，導葉向關方向動作；結果是彈簧產生的作用在擋板的向上的力減少了；由于導葉的反饋作用，調速器逐漸停止調節。電液伺服閥線圈中電流逐漸減少，第二級伺服閥停止移動。擋板在彈簧的作用下返回它的最初位置，即位于兩噴嘴的正中位置。 開導葉過程與上述相反。 為防止第一緩和第二級伺服閥、主配發卡及減少摩擦力的影響，在電液伺服閥線圈中疊加了25Hz、0.13V左右的交流電壓，使擋板在0.0l～0.02mm之間振動，這樣第二級飼服閥、主配壓閥活塞都在其中間位置不停的振動。 4．5壓油罐油壓控制單元 壓油罐是調速器液壓操作系統的儲能部件，必須經常保證有足夠的油位和壓力；二灘水電廠壓油罐油壓控制單元其控制系統由常規繼電器組件構成。其特點是：不設公共控制回路，而是采用一對一的控制方式；即一個控制單元只控制一臺油泵電機；當某一個油壓控制單元故障需停電檢修時，只需斷開故障單元電源對其控制回路進行檢修，而不影響其它控制單元的正常運行。壓油罐油壓控制單元的油位和油壓來自于雎油罐內部的密封液位浮子經齒輪傳動后動作限位開關及經鋼管與罐體連接的壓力開關。 5微機調速器的電氣保護 微機誦速器設置有一套完整的實時程序診斷和自診斷系統，對于調速器內、外部故障如：軟件系統故障、CPU故障、導葉角度變送器故障、內部電源故障、測速傳感器故障等都能作適時反應，并且根據大小故障的性質，依次怍出如下處理： 5．1 1、2號調速頭不發生切換，只發信號報警：串行口接受錯誤、串行口發送錯誤、EEPROM寫錯誤等； 5．2 1、2號調速頭發生切換，并發信號報警：EPR～M校驗錯誤、內部電豫故障、導葉角度變送器故障等： 5．3 事故停機：調速器雙直流電源消失、雙調速器頭故障等； 5．4 事故停機并落進水口閘門：機柜緊急停機按鈕動作、機械過速（140%Ne）裝置動作、140%Ne過速（電調轉速測量）、壓油罐極低油位和極低油壓等完善的保護系統有效地保證了調速系統的安全穩定運行。 6調速系統操作 調速系統在不同的情況下，有不同的操作要求。 6．1調速系統在試驗方式下的操作 調速系統在試驗狀態下．可以通過操作電氣開限的把手，打開或關閉導葉，便于對導葉位置傳感器的線性度及主令接點的調整。同時將調速器頭置為試驗方式時，還可以將開出繼電器直接開出，用以檢測信號的接線。 6．2調速系統在手動方式下的操作 調速系統在手動方式下，主要用于在有水的情況下的手動開機?？梢酝ㄟ^增減電氣開限，將導葉關閉和打開，與試驗方式不同的是，導葉的打開到使機組轉速為頻率給定值時，導葉就不會再打開。 6．3調速系統在自動方式下的操作 調速系統在自動方式下，主要用于現地自動開機，投人頻率跟蹤，使機組更快地并人電網。 6．4觸摸屏的操作 觸摸屏的存在，太大方便了維護人員對機組運行狀況的了解和對調速運行參數的操作。在觸摸屏上可以很輕松的對模擬量通道的調整和故障狀態的了餌。 6．5壓油裝置系統的操作 壓油裝置系統由3臺主泵和l臺輔助泵、1個集油槽、1壓油罐和油位開關及壓力開關等組成。在正常運行時，在油位變化不大時由輔助泵肩停；在油位變化較大時，輔助油泵不能滿足其油量的供給時，3臺主泵的主導泵將啟動；油位再下降時，3臺主泵滯后泵將啟動；油位再下降時，3臺主泵備用泵將啟動；直到極低油位接點動作停機。3臺主象可以通過切換把手定時切換其啟動順序，保護電機。 7調速系統運行調速系統的正常運行有以下幾種方式 7．1遠方/手動/功率反饋/閉環投入方式 在這種方式下，計算機臟控系統的功率給定值與實際機組出力的差值，通過中間繼電器以脈沖的方式送到調速器，只要功率給定值與實際機組出力的差值不為零，計算機監控系統就會有長短不一的脈沖送到調速系統中。調速系統獲得脈沖以后，將之轉換成對應的功率給定值，功率給定值同調速系統測量的出力相比較+調節機組的出力。 7．2遠方/手動/功率反饋/閉環退出方式 在這種方式下，計算機監控系統的功率給定值轉換成相應的脈沖長短送到調速器。調速系統獲得脈沖以后，將之轉換成對應的功率紿定值功率給定值同調速系統測量的出力相比較，調節機組的出力。 7．3遠方/手動/開度反饋/閉環投入方式 在這種方式下，計算機監控系統的功率給定值與實際機組出力的差值，通過中間繼電器以脈沖的方式送到調速器，只要功率給定值與實際機組出力的差值不為零，計算機監控系統就會有長短不一一的脈沖送到調速系統中。誦速系統獲得脈沖以后，將之轉換成對應的功率給定值，功率給定值轉換成相應的開度給定值，開度給定值同調速系統測量的導葉開度相比較，調節機組的出力。 7．4遠方/手動/開度反饋/閉環退出方式 在這種方式下，計算機監控系統的功率給定值轉換成相應的脈沖長短送到調速器。調速系統獲得脈沖以后，將之轉換成對應的功率給定值，功率給定值轉換成相應的開度給定值，開度給定值同調速系統測量的導葉開度相比較，調節機組的出力。 7．5遠方/自動/功率反饋/閉環投入方式 在這種方式下，計算機監控系統的功率給定值轉換成相對應的模擬量大小送到調速器。調速系統將模擬量轉換成對應的功率給定值，功率給定值同調速系統測量的出力相比較，調節機組的出力。