摘要：随着水力发电厂微机调速器运行年限的增加，存在负荷变化反应迟缓，调节不灵敏，并网过程时间长等缺陷，不能满足安全生产要求，因此需要进行改造。本文详细介绍了调速器的原理和改造过程，并对改造后的调速器特点及运行效果进行分析。
论文关键词：调速器,系统改造,调频试验
调速器是水力发电厂的重要辅助设备，是水力发电厂自动调节中的重要环节，与机组的性能和安全稳定运行息息相关。部分电站机组性能及调速器功能的问题是由调速器控制系统引起的，调速器控制系统改造中应针对已存在的问题在配置、功能、控制策略等方面进行解决。以下本文结合实践对珊溪水力发电厂2号机调速器控制系统改造工作进行分析。
一、工程概况
珊溪水力发电厂位于浙江省文成县境内的飞云江上。电厂以发电为主，兼有灌溉、供水、防洪、航运、旅游等综合社会效益。电厂装有四台50MW的混流式发电机组，电厂年平均发电量3.55亿千瓦时， 由220千伏系统接入华东电网。该电厂原调速器由武汉事达电气有限公司生产的BWT-100型步进式可编程微机调速器，从2000年开始运行至今。经过多年运行，该型号调速器存在设备老化、缺陷增多、可靠性降低等问题，因此珊溪电厂决定从2009年开始对调速器进行改造，最终选定的调速器为长江三峡能事达电气股份有限公司生产的DFWT-100-4.0伺服电机微机调速器。珊溪电厂2号机调速器改造是在2号机大修期间进行的，时间为2010年11月至2011年1月。
二、调速器系统原理及结构运行程序
DFWT-100-4.0型机械液压系统采用直联型块式结构，实现了调速器柜内无明油管，整体结构紧凑、新颖、美观。其原理如框图1所示：
图1
该电机微机调速器电气部分采用法国施奈德MODICON M340控制器。 M340系列调速器程序中用到了FBD，LD，ST，尤其是大量使用了FBD。FBD使程序趋于简单化，结构化，如M340系列调速器程序中控制输出功能块。LD更适合描述流程，在调速器程序“流程控制”中也用到了LD；ST更接近于高级语言，能表达相对复杂的控制逻辑，例如调速器“一次调频”，“模式切换”功能的实现等。
调速系统的运行程序包括以下几个部分： plc_start（调速器上电初始化）、 input(输入量采集和处理)，freq_remant（残压测频）、 freq_gear（齿盘测频）、data_comm（双机通讯）、 freq_select（残压和齿盘测频冗余）、 data_redund（双机数据冗余）、 tab（插值处理）、 state_init（调速器状态初始化）、 mode（模式切换）、 inc_dec（增减处理）、freq_prior（一次调频）、power_ctrl（功率闭环控制）、 flow（流程）、 pid_ctrl（PID运算）、 pid_math(PID功能块)、 output(输出处理)、 switch（双机切换）、 comm_hmi（与人机界面、LCU通讯）、gate_ctrl_fbd（控制）。
三、改造过程
珊溪电厂2号机改造是在2号机大修期间进行的，时间为二个月。考虑到时间充裕，要对设备进行充分了解，进行了细致的准备工作后再施工，使这次改造顺利完成。
改造过程要点，笔者认为包括以下几个部分：
1、电气柜拆除前，切除电气柜里的各种电源。工作前先验电确保电源全部断开的情况下才能开展工作。有些特殊电缆如电网频率采集电缆，由于PT是接在单元母线上，就要和运行人员联系好，把单元母线停下来做好安全措施后再拆除。
2、对原电缆做到每根电缆都确定它的作用和去向并做好记号后再拆除。
3、对新增电缆，要确定对侧盘柜位置，电缆架的走向，做好危险点分析后再施工。
4、配线前，对电缆进行绝缘检查，确保合格。配线过程中，由于新电缆和旧电缆同时存在，尽可能的做到美观。
5、上电检查
（1）上电前，断开调速器柜内主设备电源输入端（位移传感器电源、接近开关电源等）。
（2）通入交直流电源，测量上一步骤中断开各端电源电压是否正确，并记录当前工作电源的电压值。记录如下：
AC220V:223V DC220V: 221V(极性) DC24V: 23.2V (极性)
以上电压值要求在±10％为正常值
驱动装置直流电源: 229V（伺服电机驱动器DC200V~DC230V间）
（比例阀、数字阀DC24V±10％）
（3）在开度传感器侧测量与传感器接线电缆电源值：23.0 V（与设计传感器电源相同）
（4）测量接近开关输入电源值：DC23.0V（与设计传感器电源相同）
（5）上电后，观察10分钟，无明显烧焦、异味、放电声等等。
（6）检查完毕，断开电源，恢复线路。
四、一次调频试验分析
在机组开机且带约60%额定有功功率时，调速器切机手动运行，拆开残压机频信号，接入仿真仪发频线，手动状态下校验测频准确性。
发频为50Hz时，调速器切自动控制，投入一次调频功能，按照电网要求修改频率死区。分别发频49.90Hz，49.85Hz，49.80Hz，49.75Hz以及49.70Hz，记录频率、导叶开度和有功功率的变化，每次发频结束，修改发频为50Hz；然后分别发频50.10Hz，50.15Hz，50.20Hz，50.25Hz，50.30Hz记录频率、导叶开度和有功功率的变化。
试验过程中调整PID参数，选出最好的参数，设置为运行参数。调速器切机手动工作，恢复接线。
通过对水电厂机组进行一次调频试验以检验机组一次调频功能，在确保机组安全稳定运行的情况下，测试并确定一组一次调频运行参数以满足一次调频性能要求。要求的一次调频试验机组应该达到的、需要通过现场试验进行验证的技术指标如下：
1）机组一次调频的频率死区控制在±0.05Hz 以内；
2）机组的永态转差率不大于4％；
3）最大调整负荷限幅：为确保一次调频投入后机组的安全运行，暂定一次调频的最大调整负荷限制幅度为机组额定负荷的±10％；
4）机组调速器转速死区小于0.04％;
5）响应行为
额定水头在50 米及以上的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于4s；额定水头在50 米以下的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于8s；
当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组一次调频的负荷调整幅度应在15s内达到一次调频的最大负荷调整幅度的90％；
在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45 秒内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的±10%以内。
五、结束语
通过试验，珊溪电厂2号机调速器完全达到国标要求，满足业主最初改造的目的，自此调速器改造圆满结束。以上是笔者对调速器改造中的工作和一点体会，如有不足之处，请各位专家指正。
参考文献:
［1］ 崔新明. 水轮机调速器改造分析［J］. 中国水能及电气化，
2009.
[2] 赵全华. TC-300水轮机调速器控制回路改进[J]. 小水电 , 2005,(06)
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