吉牛水电站六喷六折调速器的主要特点及应用

2014-08-29白维，蒋敏，文庆

四川水力发电 2014年1期

白维，蒋敏，文庆

(四川革什扎水电开发有限责任公司，四川丹巴 626300)

1 概述

吉牛水电站位于革什扎河干流上，是革什扎河“一库四级”水电开发方案中的最末一级，该电站装有2台冲击式机组，单机容量均为120 MW，额定水头为457 m，额定转速为300 r/min。调速器采用武汉三联生产的CJWT-6/6-6.3型微机(PLC)调速器。

2 吉牛水电站六喷六折调速器液压系统工作原理

吉牛水电站调速器控制对象为六喷六折冲击式机组，它与相应的电气部分配合对机组进行转速调整、机组负荷自动分配。该调速器可实现机组平稳地开机、停机、并网和加减负荷，可自动调整和操作，并可以在事故情况下紧急停机以保护机组安全。

图1 喷针接力器液压控制图

调速器机械柜主要由紧急停机电磁阀和六套相对独立的电磁液动换向阀、比例伺服阀、液控单向阀、双单向节流阀等液压元件组成。吉牛水电站喷针接力器和折向器接力器控制油管路情况见图1、2。

喷针与折向器的液压控制分6组共12块集成阀块安装在回油箱上。喷针接力器和折向器接力器分别由不同的电磁阀控制且均可自动和手动控制。安装于喷针接力器和折向器接力器上的位移传感器(0%～100%)转换成标准的测量信号送至调速器控制系统。

2.1 喷针接力器调节单元

吉牛水电站冲击式机组喷针接力器全开、全关时间设计为130 s，其调节单元主要由伺服比例阀、液控单向阀、节流阀、单向阀等构成(图1)。伺服比例阀的基本原理：比例电磁铁推力与电气信号成正比，阀芯抵抗弹簧力后的位移与电气信号成正比，从而产生一个给定的阀芯位置。当接受到调速器控制屏的电信号后，伺服比例阀动作，控制压力油的方向和流量，输出流量的大小与输入的电信号成比例，从而实现对喷针接力器开关方向和速度的控制，同时液控单向阀能确保伺服比例阀控制调节过程平稳，调节后喷管接力器行程不变，节流阀通过控制油的流量调节喷针开启、关闭的时间。当伺服比例阀失电时，弹簧作用力将伺服比例阀阀芯推至中间位，液控单向阀确保喷管接力器行程不变，防止其误动作，调速器保持在失电前的状态。

2.2 折向器控制单元

折向器只有全开和全关两种状态，小波动时折向器不动，完全由喷针调节，可保证系统的稳定性和调节品质。当机组自动停机、紧急停机和转速超过设定值时，折向器动作。正常开机时，折向器控制电磁阀15-A侧线圈带电后，压力油经液控单向阀进入折向器接力器开启腔；正常停机时，当喷针关闭后，折向器控制电磁阀15-B侧线圈带电，折向器接力器的油经液控单向阀进入折向器接力器关闭腔。吉牛水电站折向器全开启时间整定为5 s，全关闭时间整定为1.5 s。

图2 折向器接力器液压控制图

2.3 紧急停机

当水机保护或机组事故停机流程动作后，紧急停机电磁阀111在右侧位置，压力油经111-B、13-A、液控阀等油路，使机组6组折向器全部关闭，以保证机组可靠停机。

3 机组开停机过程

3.1 开机过程

机组开机条件具备，LCU 开出开机命令，开机命令保持2 s以上后，调速器打开主喷针相对应的折向器。空载运行时，始终是相对称两喷针(如1#、4#喷针；2#、5#喷针；3#、6#喷针)工作；在手动状态下，自主选择开机主喷针，喷针开启至机组启动喷针开度(17%)。当喷针维持在启动喷针开度时，调速器检测机组转速，分为3种状态：机频正常时，当机组转速达到45 Hz和50 Hz之间时，调速器自动进入到空载工况进行PID调节；当机频正常，但喷针维持启动喷针开度达到17%(现场整定)时调速器直接进入空载工况进行PID调节；当机频异常，则调速器进入空载工况，将当前开限限制在1%～5%开度位置。

3.2 停机过程

LCU监控系统减负荷使调速器双喷针运行至空载开度位置，有功小于1 MW 后，断开发电机出口断路器，发出正常停机命令，主喷针关至全关位置，判断喷针目标小于0.1%后，将所对应的折向器全关，当机组转速降至35 Hz以下时，调速器从停机过程进入停机备用状态，即认为停机完成。

4 喷针切换模式

吉牛水电站冲击式机组在各喷针之间切换及喷针与折向器之间的协作关系为：

(1)喷针与折向器的协作关系：折向器跟随相对应的喷针目标或喷针开度而动作；在断路器分的状态下，当喷针目标大于设定值时，相对应的折向器全开，反之全关；在断路器合的状态下，当喷针开度大于设定值时，相对应的折向器全开，反之全关；

(2)空载运行时，始终是相对称的两喷针(如1#、4#喷针；2#、5#喷针；3#、6#喷针)工作；

(3)负载运行时喷针上行切换由两喷针→ 四喷针→六喷针；喷针下行切换由六喷针→四喷针→两喷针；

喷针上行切换：先由主用两喷针(以1#、4#喷针为例)工作，当喷针目标值大于2-4喷针切换值时，由两喷针运行切至四喷针工作，切换过程中，1#、4#喷针以一定速率向关的方向动作，2#、5#喷针以一定速率往开的方向动作；当四喷针开度平衡后，再同步往开的方向动作；当喷针目标值大于4-6喷针切换值时，由四喷针运行切至六喷针工作，切换过程中，1#、4#、2#、5#喷针以一定速率往关的方向动作，3#、6#喷针以一定速率往开的方向动作；当六喷针开度平衡后，再同步往开的方向动作。

喷针下行切换：六喷针同步关闭，当喷针目标值小于6-4喷针切换值时，由六喷针运行切至四喷针工作，切换过程中，1#、4#、2#、5#喷针以一定速率往开的方向动作，3#、6#喷针以一定速率往关的方向动作；当3#、6#喷针全关后，1#、4#、2#、5#喷针再同步关闭；当喷针目标值小于4-2喷针切换值时，由四喷针运行切至两喷针工作，切换过程中，1#、4#喷针以一定速率往开的方向动作，2#、5#喷针以一定速率往关的方向动作；当2#、5#喷针全关后，主用喷针再同步往关的方向动作。

5 吉牛水电站进行的主要试验

5.1 喷针开启、关闭时间整定

喷针及折向器的开、关机时间调整方法相同。通过调整液压系统上的液控换向阀来实现接力器开启、关闭时间的调整。吉牛水电站冲击式调速器液压系统是由几个相同的液压系统构成的，所以，对于每个单元系统要调整一次全开、全关时间。吉牛水电站1#机组喷针及折向器在无水条件下开启关闭时间整定情况见表1，满足设计要求。

表1 1#机组喷针及折向器开关闭时间整定表

5.2 静特性试验

试验参数Kp=9.99,Ki=9.99，Kd=0,Bp=6%,空载PID下限修改为0。吉牛水电站调速器静特性试验相邻测试点间的频差为0.24 Hz,非线性度为0.05%，转速死区最大为1.02%,最小为0.48‰，满足国标转速死区<2‰的要求。

5.3 喷针切换试验

吉牛水电站冲击式机组在带负荷过程中，按照负荷的变化，调速器共有2喷针、4喷针、6喷针3种运行方式。调速器按照流量平衡、水轮机运行效率最高的原则进行喷针的切换。喷针按照几何位置对称、水力平衡的要求进行切换。在喷针切换时，开启参与调节的喷针，关闭退出调节的喷针。吉牛水电站1#机组带负荷过程中喷针变化情况见表2。

表2 1#机组喷针切换及负荷表

在功率调节模式下，吉牛水电站冲击式调速器喷针在上行过程切换中，负荷变化趋势为升高；下行过程中，负荷变化趋势为下降，负荷变化无反调趋势。在喷针切换过程中，试验参数Kp=2.25,Ki=0.25，Kd=0.15,Bp=6%,喷针4切6上行过程中，有功波动超调量为8 MW，略高于电网要求，但不影响机组的稳定运行。

在开度调节模式下，由于调速器没有采集机组过机流量，按照等喷针开度已不能准确反映流量，喷针切换后有功波动高达10 MW，故功率调节方式为吉牛水电站正常运行时的最优运行方式。

5.4 甩负荷试验

调速器处于负载运行状态，分别将机组带25%、50%、75%、100%的额定负荷进行甩负荷试验，具体试验数据见表3。

表3 1#机组喷针切换及负荷表

吉牛水电站机组在甩100%负荷时，最大转速为53.207 Hz，波动次数为1次，转速调节时间为77.9 s,配水环管水压上升率为5.66%,远低于设计要求(配水环管最大压力上升不大于20%Hmax，最大转速升高率不大于30%)。甩负荷过程中喷针及折向器已全关，此时机组转速依赖惯性下降，进而造成甩负荷调节时间过长，此现象为

冲击式机组独有的特性。