水轮机调速器改造为步进电机的相关论述

　　针对XT-1000型调速器在运行过程中存在的问题，保留了原有的液压系统和接力器两部分，采用以PLC为硬件主体的步进电机式可偏程调速器对其进行技术改造。

　　《中国电机工程学报》(旬刊)国家一级学报，国内外公开发行，全国中文核心期刊。主要出版动力和电力工程领域的新理论、新方法、新技术和新成果。主要服务对象是电力工业和电工制造领域的广大科技工作者、高级工程技术人员和高等院校师生。

　　泉水水电厂始建于上世纪70年代，作为机组安全可靠运行关键组成部分之一的机械液压式调速机(XT-1000)生产于70年代，由于运行时间长，目前存在着一定的缺陷和安全隐患，主要有以下几个方面：1.由于运行时间长，机械元件的运动受运动间隙和摩擦力影响，因而调速器灵敏度较低，其死行程及转速死区偏大，使机组不能快速整步并网，增加空载耗水量;2.受传动结构及惯性的影响，接力器不动时间较长;3.其调节参数在运行过程中不能改变，这不适应水电站自动化生产的要求;4.在实际运行中其还不便于自动操作而且精密零件多，制造成本高，维修较困难。为此，我们对其进行改造。

　　一、步进电机PLC型调速器简介

　　步进电机可编程序控制器(PLC)型系列调速器是目前中小水电站水轮发电机组控制器使用的新一代先进调速器，它由电脑调节器和步进随动系统及油压装置三部分组成，电脑调节器采用可编程序控制器(ProgrammableLogicalContr011er以下简称PLC)，步进随动系统采用步进电机直接控制主配压阀的开关方式。步进电机PLC型调速器整体结构简单、外形美观、可靠性高、响应速度快、易操作、易维护、易扩展，可以实现无人值班，能够给用户带来直接经济效益。因此无论是新电站发电机组控制器使用的步进电机PLC型调速器，还是将旧的调速器改造为步进电机PLC型调速器，其优良的调节品质及安全可靠的保证都得到了广大用户的一致认可和赞誉。

　　二、改造方案

　　将机械液压式调速机(XT-1000)改造成步进电机PLC型调速器的内容及方法步骤：

　　1.将原调速器的电气控制柜(或机械控制柜)全部去掉，只保留了原有的液压系统和接力器两部分(即辅助接力器、主配压阀、主接力器和油压装置)。

　　2.将原有调速器的电气或机械控制部分更换为电脑控制器，其电脑控制器采用可编程控制器(PLC)，显示和操作部分采用可视触摸屏，调速器的显示和所有操作过程均在可视触摸屏内完成，实现人机对话。其形象优美、操作简捷、方便、准确、可靠。

　　3.将原有调速器由菱形飞摆，来控制接力器行程的随动部分，可变为先进的数字驱动模块。驱动步进电机调节接力器的行程，其机械部分采用集成板块组合式结构，可使得原来复杂的机械液压部分变得非常简单，免除了调速器对油质的要求，可使调速器能够在最为恶劣的环境下保持安全可靠的自动运行，成为真正无忧型调速器。

　　三、更换为步进电机PLC型调速器的基本配置

　　为了使步进电机PLC型系列水轮机调速器能够高度可靠，运行安全可靠。关键硬件引用当前市场最高级配置，全部采用国外成熟的新技术，以此保证调速器的高可靠性和稳定性，模块化组合结构，具有免维护品质。

　　基本配置型号产地：

　　名称 型号 产地

　　PLC(可编程序控制器) FX2N-48MT-001 日本三菱

　　A/D模块 FX2N-4AD 日本三菱

　　脉冲发生器模块 FX2N-1PG-E 日本三菱

　　步进电机驱动器 0EM-750 美国派克

　　步进电机 CH-9114 日本三洋

　　步进电机编码器 FX-EEPROM-8 日本三菱

　　触摸屏(GOT) F930 日本三菱

　　步进电机驱动电源 S-350-48 台湾

　　接线端子 WAOD-236 德国万可

　　四、主要技术性能

　　1.静态特性曲线近似为一直线。

　　2.静态特性曲线转速死区ix≤O.08%(测至主接力器)。

　　3.水轮机突甩25%额定负荷后，接力器不动时间不超过0.25S。

　　4.在机组的各种工况和运行方式下能自动稳定运行。

　　5.采用实时变结构，变参数自适应并联PID调节程序。

　　6.实时故障诊断报警及保护程序。

　　五、改造后的调速器具有的主要功能为

　　1.手动功能：

　　具有机旁手动开机、停机，增/减负荷功能。接受事故信号后，可自动紧急停机。

　　2.自动功能：

　　具有机旁或远程控制的自动开机、停机、调相、增/减负荷功能。自动开机时可选择机组频率跟踪网频或频率给定实现快速平滑并网。设有人机对话工具，采用全中文人机界面，更形象直观地显示各种参数，各种操作易学，易掌握，故障处理快速准确。无冲击实现自动、手动两种运行方式下任意方向却换。具有很强的自诊断功能，当系统发生故障时，能及时、准确地发出报警，并显示故障源及故障处理方法，同时采用相应的安全措施。当两种电源同时消失时，自动无冲击转换为手动运行方式。开机过程中，如机组频率信号消失，自动关机，以确保机组安全。具备各种传感器信号故障时的保护功能，如机频信号、网频信号、水头信号、丝杠及接力器位移信号消失时，保持机组运行状态不变。当水头信号传感器故障时，自动转换为人工水头输入，当水头信号恢复正常时，屏蔽人工输入，接收传感器信号，任意方向切换对机组无冲击。能适应多种通讯规约，与各种不同的上位机实现联网运行，且进网、退网时无冲击。允许修改的参数均可实现修改，在手动运行方式进行“写参数”操作后，即永久有效。

　　3.容错及故障诊断功能。

　　4.辅助调试功能。

　　六、改造后的调速器具有的主要性能有

　　1.高可靠性：

　　关键硬件全部采用国外成熟的新技术，调整器电气部分硬件部分可靠性有保障，MTBF达30万小时以上

　　2.易操作性：

　　由于触摸屏的采用及全中文人机界面的引入，只要了解发电厂的运行规程，即可在中文引导下完成对机组的各种控制操作。

　　3.易维护性

　　YPBT调整器中无易损件，电气控制部分是免维护的。机械液压系统中由于集成构件的采用，使得结构大为简化，除需对配压阀和接力器进行长期间隔的定期检修外，平常亦无需维护，减轻了操作人员的检修人员的劳动强度，提高设备的可利用小时数。

　　4.可扩展性

　　由于PLC的硬件采用功能模块化结构，如若干年后，对调速器进行功能扩展，只需增加必要的功能模块就能够实现

　　5.安全保护性

　　由于YPBT调速器具有完善的容错及故障处理系统，当调速系统中发生非致命性故障时，装置仍可“容错”运行，通过装置的故障保持功能或改变运行方式，在故障处理系统的指导下，维护人员可不停机进行故障处理，提高机组的利用率。

　　七、结束语

　　将原有调速器控制部分拆除为起始，直到PLC型调速器安装调试完毕并网发电为止，工期短，整个过程在3-5d内全部完成。