小型水电站调速器技术改造选型

2015-02-25周铭高

小水电 2015年5期

周铭高

(上饶市水利电力勘测设计院，江西上饶 334000)

1 概述

调速器是水电站水轮发电机组开停机、并网、有功功率调节及保障水轮发电机组安全稳定运行的关键设备。江西省上饶市进行本次增效扩容改造的农村水电站 (1995年以前建成)调速器有手电动调速器、操作器、XT或YT型机械调速器、集成电路YDT型电气调速器。目前市场已买不到机械调速器调节柜的配件，有些电站是带病运行或者完全手动，对机组设备及电网安全造成隐患。采用电气调速器的电站大多为20世纪90年代建成，因其电气调节柜内电液转换器对油质要求高易卡塞，存在致命缺点而被淘汰。由于微机调速器具有转速死区小、机组频率摆值小、带稳定负荷时导叶变化小、平均无故障运行时间长等优点，是传统调速器的升级换代产品。因此，在农村水电增效扩容改造同时对淘汰的调速器进行技术改造是非常必要的。

2 技术改造选型

目前上饶市农村水电增效扩容改造招标工作已全部结束，在《水利部农村水电增效扩容改造项目机电设备选用指导意见》中专门对调速器选择提出了明确要求，本文结合全市列入增效扩容改造的119座电站实际谈谈调速器改造选型方案。关于调速功的计算请参考《水电站机电设计手册》水力机械分册，本文不作介绍。

(1)高油压微机型调速器。对调速功≥18 000 N·m和≤75 000 N·m的中型水轮机调速器选用16.0 MPa油压装置，油压装置采用囊式储能器，皮囊充氮气使用寿命一般为10 a;油泵及电机通常配置2台，不需要设压缩空气系统。油泵电机控制箱另配，启停可同监视油压装置的电接点压力表或压力传感器输入机组PLC或公共PLC，实现自动控制及故障报警。电站未设计算机综合自动化，由常规继电器及接触器控制启停。接力器内置外置均可，新建电站采用外置较多，因为取消调速轴使调速器在厂内布置更为方便。网频及机频信号分别取自发电机出口断路器系统侧、本机侧。其电气控制的电液转换装置有数字阀组或步进 (伺服)电机 (冲击式机组还有1组供切向器使用的插装阀、本市无双调机组)，更为先进的是四无型微机调速器，因其无油电液转换器、无手/自动切换阀、无调节杠杆和明管、无机械反馈装置和钢丝绳，应用会更广泛。可编程控制器PLC基本采用日本制造，触摸屏配置为5.7″～10.1″，电气柜采用交直流双电源供电。当电站采用了35 kV电压输出电能时通常设有直流电源 (个别容量小于1.0 MW的电站采用35 kV输电未配置直流电源也有)，调速器可不配置UPS不间断电源。该类型调速器主要用于高压机组或轴流式低压机组，对配有调压阀的较高水头的水轮发电机组在开关调速器的同时还可相应闭开调压阀。

(2)中油压微机调速器。对调速功3 000～10 000 N·m的水轮机调速器建议选用6.3 MPa油压装置 (市场采用16.0 MPa的较多)，该油压装置仍为囊式蓄能器。调速器油泵及电机可根据用户要求配置1～2台，不需要设中压空气系统。由于调速功小且采用中压油压装置，主接力器稳定性好，调节品质更优，主接力器可内置也可外置。当电站输出电能采用10 kV电压时一般没有直流电源，故需配置UPS不间断电源。卧式机组在有些电站没有配低压气系统，也从调速器引用压力油进行机组制动。该类调速器广泛用于农村小水电站，且带有手动功能，电网没有交流电时可启动机组并网或者自用发电，同时适用配有调压阀的水电站。

(3)中压2.5 MPa微机调速器。主要适用调速功在3 000～10 000 N·m的水轮机组。对于调速功≥18 000 N·m的YT、YDT、YWT型调速器虽然带有自动补气功能，但因油压装置容积大、补气慢，原电站设计时仍有中压空压机，导致电站增加了1个系统，改造时选用高油压微机调速器更为经济。当更高油压的调速器增带有手动功能之后，中压2.5 MPa油压装置的全新调速器将很少使用，因为2.5 MPa油压装置不带囊式储能器，容易污染油质，且价格与中油压6.3 MPa微机调速器没区别。保留中压2.5 MPa油压装置的电站属调速器部分改造的比较多，可以节省投资，即原YT、YDT型调速器保留油压装置及回油箱，机械调节柜或集成电路电气调节柜改为电气微机调节柜。其缺点是油质易混水，需定期过滤，本市有2座电站改造分别采用了 YWT—6000—2.5、YWT—10000—2.5微机调速器。

(4)操作器。操作器原则上适用于占电力系统容量比例低、单机容量小、无调频要求的小电站，一般较多用于容量小于800 kW的低压机组，调速功一般为3 000～10 000 N·m。由于水利部增效扩容改造要求低压机组采用测量、控制、保护(应采用微机保护)与一次电气设备组屏，实际上就是目前市场推行的智能一体化屏，而智能一体化屏有一个功能是可以根据水位 (前池或大坝)开大关小机组导叶开度、调节有功功率，如电站有几台机组还可以根据水位自动进行有功功率分配开停部分机组。这种功能操作器不能配合完成，因为操作器并网后即处于给定负荷位置，因此采用操作器将使智能一体化屏的水位调节功能失效。还有一些制造厂不愿意推广操作器，因为操作器价格与同调速功的微机调速器价格差异不大;本市招标后原设计采用操作器的电站有部分取消，或采用手电动调速器，或采用微机调速器。

(5)手电动调速器。调速功一般3 000～18 000 N·m使用手电动调速器，其调节品质差但应用广泛;主要是因为价格低，通常只有微机调速器价格的1/5～1/10。微机调速器对混流式水轮机D1≤0.60 m及轴流式水轮机D1≤1.0 m的水轮机价格占比较高，超过20%甚至达50%，建议手电动调速器适用调速功≤6 000 N·m的低压水轮机组;并在电机控制回路加装变频器，可有效改善电动机的转速以控制导水机构开度，使机组捕捉同期点更容易。对智能一体化屏加手电动调速器的选型方案应该比三合一屏加微机调速器 (操作器)的选型方案更经济，更具推广意义。采用手电动调速器的机组需配置UPS不间断电源以保证停机时关闭导叶，本市50%以上的电站仍选用手电动调速器。