PLC可编程控制器在沙畈电厂调速器系统更新改造中的应用

马向阳 金华市沙畈水库管理处

PLC可编程控制器在沙畈电厂调速器系统更新改造中的应用

马向阳 金华市沙畈水库管理处

分析了沙畈电厂调速器改造的必要性和改造后取得的效果，介绍了改造后采用的杭州三和电控设备有限公司生产的YWT系列可编程微机调速器的主要功能特点及构成。

可编程控制器；调速器；步进电机；电气

1、调速器改造的必要性

水轮机调速器直接担负着控制水轮发电机组开机、停机、空载运行、增减负荷等工作，是水电站的重要设备，其工作性能的好坏直接影响着水轮发电机组乃至电力系统的安全稳定运行。随着电网的不断扩大，电力用户对电能质量的要求不断提高，传统的电液调速器已难以胜任机组稳定运行的需要。

浙江金华沙畈电厂建于1996年，装有2×5000KW混流式水轮发电机组，是金华电网主要调峰电厂，也是金华电网的默认启动电源之一，对金华电网的稳定运行发挥着重要作用。调速器改造前采用原杭州发电设备厂生产的HFYDT—3000型号电液调速器，该调速器运行十多年来，各种故障日趋增多，存在电液伺服阀经常卡涩，动态特性差，调节频繁导致并网速度慢等诸多毛病，已越来越不能满足电厂安全生产的需要。PLC可编程微机调速器具有技术性强、可靠性高、稳定性好、速动性好、操作简单和维护方便等优点，在电站得到了广泛的应用。为了电厂更安全可靠运行，结合电厂实际情况，调速器改造采用目前先进的杭州三和电控设备有限公司生产的YWT-1800微机调速器。

2、YWT系列步进式可编程微机调速器的功能特点

各项动态和静态品质，所有性能指标均达到或超过国家标准GB9652-97中要求。

机械液压系统采用日本RORZE公司的步进电机控制，结构简单，工作可靠，耗油量小，对油的要求低，彻底改变了以往电液调速器的电液转换器容易卡阻的缺点，可达到基本免维护功能。

并网前机组自动跟踪电网频率，能使机组频率迅速达到同期要求。若网频故障则自动切换到频率给定开机。

机械手动运行时，微机调速器输出自动跟踪导叶开度，可随时无扰动地切换至自动状态。自动运行状态也可随时无扰动地切换至手动状态。

设有上位机通讯接口（R S 485Modbus RTU）,以实现全厂的计算机监控管理，可满足电站无人或少人值班。

具有在线故障自诊断功能，对频率测量、开度测量等故障具有智能容错功能。

采用交直流供电，在厂用交流点消失时，能保持机组运行工况并发出报警信号。

采用可靠性极高的可编程（PLC），抗干扰能力强，所有I/O接口均采用光电隔离，能适用于恶劣的工业环境。

本微机调节器采用Easyview的触摸屏（简称PT）作为操作和显示平台，PT是集图像显示和触摸键于一体的操作终端，它可以替代以往调速器上所有的表计、指示灯、按键等元件。通过它方便地观察机组的各种运行工况，设置参数和操作调速器。

3、电气部分的构成及基本功能

YWT系列步进式可编程微机调速器其PLC采用德国SIEMENS公司生产的先进的S7-200系列为其控制硬件主体，并采用了Easyview的触摸屏作为该调速器的主要操作和显示平台，使该调速器具备了完善的调节控制功能和友好的人机界面。

3.1 PLC单元简介

YWT系列步进式可编程微机调速器采用S7-CPU224XP作为其CPU单元，它的工作电源为DC24V。该CPU单元本身带有14点开关量输入和10点开关量输出，以及两路模拟量输入和一路模拟量输出。另完外它还有一路RS485通讯端口与触摸屏通讯。

PLC的开关量输入部分用来采集开机、停机、油开关、功率增、功率减等外部开关量指令和状态信号。PLC的开关量输出部分用来输出步进电机控制、手自动切换、电气故障等开关量信号。PLC的模拟量输入部分用来采集0～10（0～20MA）的导叶开度、水头、机组有功功率等模拟信号，将这些模拟量转换成数字量供给CPU单元进行运算及控制。

3.2 电源和信号变换单元

电源和信号变换单元包含电源变换和信号变换这两个主要功能。

电源变换功能是用来实现双路开关电源输出的DC24V电源的热备用切换，以及通过DC-DC变换器将DC24V电源转换为+5V（供信号变换部分使用）和10～24V可调电源供导叶反馈电位器使用。

信号变换功能是用来将机端PT来的机组频率信号和由系统PT来的电网频率信号，经滤波、整形、分频后输入到PLC，由PLC实现软件数字测频。

3.3 步进电机和步进电机驱动器

YWT系列调速器采用日本RORZE公司的步进电机和步进电机驱动器作为电-位移转换器，步进电机驱动器接收来自PLC的步进电机控制脉冲及方向信号，通过其内部CPU运算和电流放大从而控制步进电机正反转。步进电机通过与其相连的滚珠丝杆将旋转的角度量转换为位移量，从而实现电-位移转换。

3.4 触摸屏

YWT系列调速器采用台湾Easyview触摸屏，触摸屏通过通讯与PLC连接，显示调速器和机组的主要参数及运行状态。通过触摸屏可方便地修改整定调速器的各调节参数，并把修改后的参数传送给PLC保存并记忆。

3.5 电源系统

YWT系列调速器的电源系统有交流空气开关和两个开关电源组成。厂用交流电源和厂用直流电源分别通过一个开关电源变换为两路DC24V电源，再通过电源和信号变换单元实现双路DC24V电源的热备用切换。PLC、触摸屏、步进电机驱动器均采用DC24V供电。

4、机械液压部分的构成及基本功能

4.1 步进式电液随动系统

YWT系列步进式可编程微机调速器电液随动系统由步进电机、滚珠丝杆（起中间接力器作用）、主配压阀组件、回复机构、反馈电位器、主接力器等组成。

步进式电液随动系统的工作原理如下：

PLC输出的位置信号YOUT与起中间接力器作用的步进电机的位置反馈信号YIN在PLC内进行比较运算结果为△Y，由PLC输出一个频率与△Y成正比脉冲通过步进电机驱动器去驱动步进电机。

当△Y为负时，步进电机带动滚珠丝杆顺时针转动，通过杠杆传递，使引导阀针塞离开中间位置向上移动一段距离△I。此时，辅助接力器活塞上腔通排油，由于主配压阀活塞受向上差压力的作用，所以辅助接力器活塞和主配压阀活塞同时向上移动△I，使辅助接力器活塞上腔关闭。同时，主配压阀衬套上窗口与压力油联体通，下窗口与回油联通，主配压阀向接力器关闭腔配压力油，接力器活塞向关闭方向移动，同时带动回复机构运动，通过杆杆传递，使引导阀针塞向下移动一段距离△I，回到中间位置，此时辅助接力器活塞上腔通压力油，在压力油的作用下辅助接力器活塞和主配压阀活塞向下移动△I回到中间位置，完成一次调节。

当△Y为正时，步进电机带动滚珠丝杆逆时针转动，各零件运动方向与上述相反。

当紧急停机电磁阀动作后，辅助接力器活塞上腔通过单向阀接通排油，主配压阀活塞受差压力的作用向上移动，主配压阀向接力器关闭腔配压力油，接力器活塞向关闭方向移动。

开机时间调节螺母和关机时间调节螺母可分别限制辅助接力器活塞和主配压阀活塞向上或向下的行程，以改变主配压阀窗口开口的大小，调节开关机时间。

4.2 油压装置

YWT系列调速器的油压装置由回油箱、压力油罐、螺杆泵、油泵电机、安全阀、补气阀、中间油罐、单向阀、接点压力表等主要部件构成。

5、结束语

水轮机调速器目前已属于机电一体化的高科技产品，它将随着微机技术、液压技术和自动控制理论发展而不断推陈出新。YWT-1800型调速器自投运以来，提高了电厂机组的自动化水平，运行可靠性高，故障率明显下降；调节灵敏度、准确度提高，从开机到空载稳定时间缩短大约一半，提高了并网速度，机组运行也更加稳定；由于采用Easyview的触摸屏显示大大方便了运行人员操作，各种数据运行人员可直接读取；步进电机耗油量小、抗污力强，减少了油泵的启动次数，基本可以做到免维护。