数字阀PCC智能调速器在桃林口水电站的应用

桃林口水电站水轮机调速器随着运行年限的增加，存在电液转换器卡阻，负荷变化时反应迟钝，并网过程时间太长等缺陷，不能满足安全生产要求，因此对调速器进行了改造。本文主要对改造后的调速器结构特点和技术功能进行阐述。

桃林口水电站位于河北省青龙县境内的青龙河上，是河北省桃林口水库的配套工程。装机容量2×10MW，本着“供水结合发电”的原则，发电主要集中在汛期，机组起停频繁，对调速器功能要求较高。随着调速器技术的不断进步，目前调速器技术已经发展到很高水平。根据电站调速器多年运行情况，电站领导决心对调速器进行改造更新，经过大约一年时间，2台调速器改造顺利完成。

改造过程和调速器结构特点

电站原有2台YWT-7500A/调速器在运行中存在较大调节误差，在运行中多次出现调节失灵和溜负荷现象，不能保证机组安稳运行。另外调速器各元件老化，其调节控制部分杠杆、活塞、衬套等部件磨损严重，导致调节死区范围变宽，出现漏油量增大现象；2台调速器均有较严重的跑油滴漏现象，油泵启动频繁，大量消耗电能。为了保证机组安稳运行，对原有调速器改造势在必行。

2008年初站领导和技术人员对调速器原有系统进行了认真分析，鉴于原厂的压油罐，油压装置、回油箱等液压组件工作状况基本良好。本着“经济节约”原则，认为只需对调速器机械液压部分和电气部分进行改造。采用数字阀替代传统的电液转换器和主配压阀，油压装置部分保持不变。

调速器采用了机电合柜的结构形式。电气部分位于柜体上部，机械部分位于柜体下半部分，整个柜体位于回油箱上，和油压装置构成一体。

电气机械转换方面，采用数字阀替代传统的电液转换器和主配压阀，降低了对油质的要求，从根本上避免了电液转换器发卡的弊病。由于数字阀技术是采用高速电磁阀直接操作喷针接力器，且采用液压锁密封，所以该型调速器去掉了机械反馈，也就是去掉了接力器的反馈杠杆，从结构上减化了整个调速系统，由于该系统的高速电磁阀又具有手动阀及事故阀的功能，减化了调速器内部结构，因此该型调速器实现了真正意义上的无杠杆，无管路，可靠性极高，性能优良，是水电站提高自动化程度的理想产品。

PCC可编程计算机控制器作为调节控制核心，它集成了可编程逻辑控制器(PLC)的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能。它能方便地处理开关量，模拟量，进行回路调节。并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有独特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩展时只需在原有基础上叠加运用软件模块。CPU运行效率高，用户存储器容量大。这些优越性都为智能式水轮机调速器提供了强有力的资源保证。

调速器主要特点如下：

（1）全新的控制理念。采用不同于常规PLC的新一代可编程计算机控制器--PCC，面向控制过程，能采用高级语言，分析运算能力强，在同一CPU中能同时运行不同程序。程序运行时仅扫描部分程序，效率很高，而常规PLC扫描所有程序,浪费CPU时间。

（2）全PCC化，具有极高的可靠性。从输入到输出,从测频到控制脉冲等各环节均实现了PCC化。PCC的平均无故障时间MTBF高达50万小时，从而使得调速器整机具有极高的可靠性。常规PLC的平均无故障时间MTBF为30万小时。

（3）多任务的优点。在传统PLC中，并行处理是靠程序扫描来完成的。但事实上多任务才是并行处理的逻辑表达式，更简单直接的方法就是采用多任务技术。PCC恰恰可以满足这种需求，当某一任务在等待时，其他任务仍可继续执行，非其他常规PLC可以比拟。

（4） 智能型调速器。适应式变结构，变参数并联PID调节。具有很强的自诊断、防错、纠错及容错功能。

（5）采用PCC高速计数模块(HSC)测频。PCC高达4MHz的计数频率，具有很高的测频精度和可靠性，从而使调速器的输入通道－测频环节的可靠性有了根本的保证。而常规PLC的计数频率仅为50KHZ，由此可见，PCC的测频精度比常规PLC的测频精度高100倍。

（6）由PCC实现信号综合及控制脉冲的输出。调节器的电气开度（数字信号），和转换为数字信号的接力器实际位移由PCC内部进行综合比较，输出方向信号和控制脉冲信号，经功率放大后，直接驱动步进电机。充分发挥了PCC多任务的功 能。

（7）联网方便。具有RS232或RS485通讯接口，可以方便地实现人机对话，并与上位机通讯，提高电站的自动化水平。

（8）调节模式灵活。可实现频率调节，开度调节，功率调节，并可实现调节模式间的无扰动切换。

（9）PCC的大内存，为智能型调速器提供了资源保证。用户内存：100KB SRAM，系统内存：512KB EEPROM，用户内存：512KB EEPROM，远大于常规PLC 10KB左右的内存。由此可见，PCC的内存为常规 PLC内存的一百余倍。

（10）采用数字阀做为电液转换元件。彻底解决了常规电液转换器油污发卡的问题，使电站可以实现完全可靠的自动运行。

（11）可以适应电站的各种特殊运行方式。如孤网运行，由大电网解列为小电网运行的突变负荷等特殊情况，均可保证机组稳定运行。

（12）具有故障锁锭的功能。由于数字阀只有通/断两个状态，采用锥阀密封可以保证在31.5MPa下无泄漏，由于采用液压锁密封，因此该系列调速器在测频信号消失及断电等情况下，具有故障锁锭的功能。

（13）无杠杆结构。该系列调速器采用了数字阀液压随动系统，手动无需反馈，因此取消了杠杆，消除了因为杠杆造成的死区，提高了调速系统的精度，而且无管路，结构简单，美观。

（14）友好的人机界面。采用触摸屏做为人机界面，画面美观逼真，全中文显示，操作方便，可以同时显示很多信息。

（15）维护简单调试方便。由于PCC的高度集成化和高可靠性，对于运行维护人员没有太高的特殊要求，调试只需设定有关数字，没有太多的电位器等可调元件。

调速器主要功能及改造效果

桃林口水电站调速器改造完成后，经过近4年的运行实践，证明其性能稳定、运行可靠 。由于该调速器密封性能及系统工作效率的改善 ，使油泵启动间隔延长，具备显著的节能 、环保 、增寿的效果。该调速器整体结构简单 、操作简便、维护工作量很小 ，是已建电站改造或新建电站的理想选择之一 。随着机组励磁 、保护及监控等设备改造的进一步实施 ，桃林口水电站自动化水平目前得到了大幅提升，为实现无人值班( 少人值守 ) 运行创造了有利条件，充分保证了电站机组安稳运行。