潘口水电站机组调速器测频稳定性改造

汉江水电开发有限责任公司 电厂维护室 李发鹏

汉江水利水电（集团）有限责任公司 丹江口水力发电厂 陈梦萍

汉江水电开发有限责任公司机 电设备部 米 斯

对于微机调速器来说，测频环节的可靠性、稳定性、精度和实时性直接影响调速器的调节品质和整个机组的安全运行。本文，笔者主要阐述了潘口水电站机组调速器在电力生产过程中的重要性，并分析了调速器测频录波曲线，指出了测频稳定性改造的必要性。

一、潘口水电站机组调速系统概述

潘口水电站机组调速系统为武汉长江控制设备研究所生产的WDT-150-6.3 型，电气系统采用双冗余PLC 型微机数字调速器，其硬件及软件平台采用来自法国Schneider-electric 的TM258 型控制器，该控制器具有结构紧凑（一体化本体）、体积小巧（42I/O 幅宽仅有62.5 mm）、反应速度快（双核处理器、22 ns/指令）、通信能力强（百兆网口）等优点，本体带有周期测量功能，可以完全实现PLC 本体测频，非常适合调速器设备使用。其中频率测量分为机频1（机组PT）、机频2（齿盘）、网频（系统PT）3 路，这3 路频率测量环节经接口功能板CK/PCB-020、CPU、高速计数等模块最终提供调节器的频差信号Δf＝f给（网频）－f机。从调速器的系统结构来看，测频是3 个串联环节的前置环节，一旦测频出错或不可靠，整个调速器自动通道的可靠性就无法得到保证。

二、改造前机组调速器测频控制理念及存在的问题

1.改造前机组调速器测频硬件回路分析。改造前机组调速器测频硬件回路接线如图1所示。

图1 改造前机组调速器测频硬件回路接线

在潘口首台机组调试过程中发现，该硬件回路接线存在以下问题：

（1）网频（NF）与机频2（JF2）通过频率切换继电器K16，只能有一路频率进入高速计数DM72DF1（图1中A14-11），当机频1（JF1）故障和频率切换继电器切换同时故障时，机组频率则会故障，从而导致调速器切手动，在很大程度上降低了机组在并网工况下安全运行的可靠性。

（2）潘口首台机组调试过程中的调速器录波曲线如图2所示。网频与机频2 在并网时通过继电器K16 切换的瞬间，给网频造成很大干扰，高速计数达计数峰值100 Hz，而此时调节器调节输出至0，从而将导叶全关，使机组由发电态变为调相态，在此过程中对系统造成了很大冲击。

图2 改造前机组并网时调速器录波曲线

2.改造前机组调速器软件测频程序分析。通过对机组调速器软件程序对测频的控制理念的分析，并结合图2，笔者发现机组调速器测频控制理念存在以下不足。

（1）因硬件部分网频与机频2 靠继电器切换才能进入高速计数，因此在软件程序中并网之后只有机频1 与网频参与调节器工况计算，若此时两路频率都故障，机组就会切手动运行。另外，在机组空载及并网工况要加入频率切换条件来进行相应的工况计算及故障判别。从这两方面分析，该控制理念增加了调速器软件程序的复杂性及繁琐性，降低了机组并网时测频的可靠性。

（2）在机组并网后，机组软件程序通过对机频1 与网频的容错来赋值。当机组并网后在网频未故障的情况下，若机频1超出±0.05 Hz 时，则会将网频的值赋给机频1 用于调节器调节用。在这种情况下，会导致在机组并网时，网频与机频2 通过继电器切换，在切换瞬间会给网频造成很大干扰，而此时网频又不故障，因此将高速计数测得的网频值100 Hz 赋给机频1，从而导致调节器将调节输出至0 而全关导叶，严重影响机组的安全运行。

三、改造方案分析

1.机组调速器测频硬件回路改造。改造后的机组调速器测频硬件回路接线如图3所示。

图3 改造后的机组调速器测频硬件回路接线

（1）分别给双冗余PLC 增加法国Schneider-electric 生产的高速计数器TM5SDI2DF，该计数器为TM258 型专用频率测量，其计数模式为门测量方式，计数频率可达48 MHz（缺省值），因此适合用于机频2 的测量。

（2）废除频率切换继电器K16，不改变网频测量的高速计数器测量回路，这样便保证了3 路频率都能进入各自高速计数器，避免了频率切换继电器对高速计数的干扰，从而提高了调速器频率测量的可靠性，有利于机组的安全运行。

2.机组调速器软件程序测频理念的改造。

（1）因机组调速器测频硬件回路增加了机频2 的专用测量计数器，废除了频率切换继电器K16，使3 路频率都能进入各自的高速计数状态，因此在调速器软件程序中删除了频率切换这个判别条件，从而优化了调速器的工况计算过程，使故障判别更加合理；同时在机组调速器软件程序测频部分中，对机频2 配置一定的滤波系数，按测速探头与齿盘的安装距离配置适当的修正系数，使机频2 测量更为精确，并使机频2 成为机组在并网工况下机频1 与网频都故障时的后备频率，从而为调节器计算提供了可靠的频率测量保证。

（2）经过多次模拟并网工况试验，将调速器软件程序中对机组并网后机频1 与网频容错赋值的控制方法改为机频1 与网频分别与50Hz 做差之后，哪个差值小则用哪个用于调节器调节计算用的控制方法。改造后机组并网时调速器录波曲线如图4所示。

图4 改造后的机组并网时调速器录波曲线

该控制理念完全符合机组并网时相应的工况计算，从而解决了改造前网频测值过大而误赋值，使调节器误调节的重大安全隐患。

四、结论

经过潘口水电站首台机组调试、72 h 试运行、生产运行等实践，改造后的机组调速器测频稳定，安全可靠，有效地保证了机组调速系统的稳定运行，使机组始终处于安全、稳定运行状态下正常工作。