GE水轮机调速器在水电厂的运用及优化

　　水轮机调速器是水轮发电机组的一个重要辅助设备，除了完成调节机组频率任务外，还有多种控制功能，如机组启动、停机、增减负荷等。水轮机调速器通过外部开入开出、模入模出板件与发电机控制系统交换数据并实行控制，调速器控制系统的运行直接影响到发电机能否正常运行。本文以某电厂调速器改造为例，阐述了GE水轮机调速器在水电厂的运用及优化。
　　1　概述
　　某电厂#3水轮机调速器最初为1990年投运的挪威克瓦纳公司生产的“LV26b”型机械调节柜和1998年投运的南瑞电气控制公司“SJ－721”型双微机电气调节柜。随着运行时间的增加，该调速器系统出现电气柜板卡金手指接触不良、开关电源模件故障率、伺服阀滤网易堵塞等故障现象，且故障率逐年增加，机组负荷波动频繁发生，一次调频性能难以满足系统要求。2010年2月，该厂决定水轮机调速器改造为美国GE公司生产的Micronet／FCS000调速系统，该调节系统由一套Micronet Plus电气控制柜和一套由FCS000阀为主组成的机械液压控制柜组成。
　　2　调速器系统的运用及优化
　　为确保水轮机调速器控制部分与电厂原有自动控制系统正确配合，确保整个系统安全运行。电厂组织技术力量对调速器测速系统、控制流程、保护、接口、供电、PID参数等进行了优化，以实现对水轮发电机的最优控制行。
　　2.1转速测量优化
　　转速测量优化包括调节器测速系统优化和自动控制系统测速优化。调节器测速包括2路齿盘测速、一路PT测速；为保证安全性与独立性，专门设计另外2路齿盘测速供自动控制系统使用，且采用不同厂家、不同测速原理产品。
　　测速装置与调节柜相对独立，用于产生满足机组自动控制所需要的转速信号及过速保护使用。为保证可靠性，调节柜也可输出转速信号(为备用方式)，若测速装置严重故障，则改用调节柜之转速信号输出。测速装置以Siemens S7-200 PLC硬件平台为核心，采用Braun转速继电器D521、接近开关为主要元件，当其中一套测量元件接近开关掉电或发生其它故障时，装置能进行自动判断，并将转速测量信号切换到备用通道，保持测速装置的正常运行。
　　2.2控制流程优化
　　为与自动控制系统配合，设计有手动、自动开机程序，手动开机时，开度由手动增减开度控制；自动开机时，设计为：收到开机令与开度限制增命令时，打开导叶至15％开度，机组升速至20％额定转速时，调整导叶开度，转速以1.3％／秒的速率升至95％Ne后，转速以0.5％／秒的速率升至额定转速Ne。
　　2.3保护优化
　　设计上，调节器本身无事故信号，仅有故障报警信号，调节器严重故障时，将执行自复中操作，维持导叶开度不变，机组负荷不变。为保证安全，设计为2路自复中串联，分别由冗余的PLC控制，两套系统均判断为时才执行自复中操作。在测速装置中，为保证安全，设计有电气过速启动机械事故停机功能，机械柜部分保留原有机械过速紧急关闭导叶回路，当主配压阀处于自复中运行状态时，若发电机并网开关跳闸(偷跳或者远方切机跳闸时)，机组将过速，为防止此现象发生，增加了调速器自复中状态运行时，若发电机并网开关跳闸，则启动机械事故停机回路，紧急停机电磁阀动作关闭导叶，保证机组运行安全。多重保护，确保安全。
　　2.4接口优化
　　发电机自动控制系统以S5－115U型PLC为核心，其主要控制功能包括：机组运行状态判别、启动允许判别，开机流程执行、停机流程执行、紧急停机流程执行等。为实现发电机正常控制，要模拟出：机械开度限制机构位置(全关位置、启动位置、全开位置)、停机阀位置(工作位置、停机位置)反馈给PLC，以保证发电机PLC各种控制流程能正常进行。
　　经优化组合，模拟开度限制机构位置方法为：在调速器软件中，增加用户程序，用电气开限模拟原开度限制机构位置，增加、减少开度限制的命令送至调速器开关量输入板，在调速器软件中设置与机械开度限制位置相对应电气开限值(0、10％、100％开度)，通过开关量输出板反馈给机组PLC。分别模拟PLC控制所需要的全关位置、启动位置和全开位置。启动位置的大小可在触摸屏上手动调整，以适应不同的水库水位。
　　模拟停机阀位置的方法是：用两个继电器构成自保持互锁回路，由PLC或者手动操作控制，分别模拟停机阀工作位置，停机位置反馈给PLC，用于满足PLC顺控流程的正常执行。
　　2.5系统供电优化
　　两路直流电源分别取自电厂两段直流母线，一路交流电源取自机组自用电，经大容量开关电源隔离变换，供电给调节器使用；测速部分电源也取自2段直流母线，冗余电源结构，确保系统安全可靠供电。
　　2.6调节参数优化
　　离线转速控制下，转速阶跃测试：
　　P=3.0　I=0.3　D=0.01；
　　并网后：负荷控制下的PID测试：
　　P=4.0　I=2　D=0.1；
　　经反复试验，导叶快速关闭时间为11.6秒甩100％负荷时，系统动态调节质量较好。
　　2.7导叶开度位置反馈回路优化
　　原导叶开度测量点为主配处，修改测量点为导叶接力器，直接测量导叶实际开度，且为双路测量，精度、可靠性均有所提高。
　　3　结语
　　通过对调速器测速系统、控制流程，保护、接口、供电、PID参数等方面的优化，解决了调速器与发电机自动控制系统的配合问题，提高系统运行可靠性，设备安装后，经多次静态、动态调整试验，系统主要性能指标符合要求。该型调速器自2010年2月在该厂3#机组投运以来，开机并网速度快，负荷调整快速，精确，运行稳定可靠，较好地满足了运行要