功果桥水电站发电机调速器的三机冗余控制

孟凡东，金玉成，靳丽娟

功果桥水电站发电机调速器的三机冗余控制

孟凡东1，金玉成1，靳丽娟2

（1.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040；2.哈尔滨电气动力装备有限公司，哈尔滨 150040）

水电站发电机调速器为了获得较高的可靠性，电气部分主要采用双机控制和三机控制；而机械部分主要采用双比例阀作为电液转换装置的冗余控制。本文着重从电气和机械两方面介绍功果桥水电站调速器的控制原理，实际运行证明该结构成熟可靠。

调速器；三机冗余；双比例阀

功果桥水电站装机4台225MW混流式水轮发电机组。该电站调速器均由哈尔滨电机厂有限责任公司生产，并于2012年上半年前全部投产发电。调速器型号为WT-150-6.3，是全数字式电液调速器，主配直径150 mm，额定工作油压为6.3MPa。

1　电气部分构成及工作原理

调速器的电气部分为三机冗余控制，电气控制核心器件采用奥地利贝加莱公司的两套PCC2003系列可编程计算机控制器组成双机冗余容错自动控制系统，并配置有德国西门子S7-300 PLC作为电手动机构。

1.1三机冗余控制结构及切换原理

图1　三机控制结构图Fig.1 Three machine control strutcture diagram

调速器正常工作情况下，A机 （PCC-A）、B机（PCC-B）和C机（PLC）在系统上电后均开出“本机主用就绪信号”，A机和B机先开出“本机主用就绪”者即为上电后主用机。一旦A、B机中任何一个获得调速器控制权后，将屏蔽掉另外一个PCC和C机的控制输出，防止控制输出混乱，此时可手动切换A、B机谁做主用机；当双PCC中任何一个出现致命故障时，则该机不再输出“本机主用就绪”信号，而此时如果另一个PCC无致命故障，则调速器自动切换到另一个PCC主用；当双PCC均发生致命故障而均不再输出“本机主用就绪”信号时，而此时C机无致命故障仍输出“本机主用就绪”信号且C机未手动投入，则C机自动获得调速器控制权；无论A机和B机是否出现致命故障，如果手动旋转调速器电气柜上“C机手动投/退”选择开关至C机投入位置，则A机和B机均强制退出控制，此时如果C机无致命故障则C机投入控制，否则所有控制输出均被屏蔽，调速器失去对机组控制权，只有当调试或者检修的时候才人为切换选择开关至C机投入位置［1-2］。

1.2控制原理

无论机组处于电手动还是自动工况，两台备用机均根据实时采集的导叶反馈实现三机之间的无扰切换。调速器接受来自触摸屏的运行参数设置和外部反馈：导叶位置、主配位置、主配中位、水头和功率反馈，通过变结构适应式并联PID计算出液压随动系统期望输出，该输出经电气开限后变成导叶计算输出。

2　机械部分构成及工作原理

调速器机械部分由德国Bosch公司生产的双比例阀组成冗余电液转换机构对主配压阀进行控制；两套独立的测速探头及位移传感器。

2.1双比例阀工作原理

双比例阀同时输入相同的控制电流，通过比例阀切换主配压阀控制油路来实现双比例阀对主配的选择控制。在当前工作比例阀出现故障而另一个比例阀无故障时，电气柜发出比例阀切换信号，液压随动系统将自动切换到另一个比例阀工作。

2.2比例阀驱动电流的计算

调速器根据导叶计算输出、导叶反馈、主配反馈和主配中位测量值来计算比例阀的控制电流，由于引入了导叶偏差闭环和主配压阀偏差闭环使得当导叶偏差进入平衡范围后主配刚好进入主配死区带，接力器不再运动，从而达到导叶接力器实际值跟踪导叶接力器给定值的控制效果。

3　调速器性能试验

功果桥水电站调速器试验结果均达到或者优于国家标准，完全能够满足电站机组对调速器的性能要求，以最先投产发电的4号机组为例，试验结果如下：

3.1静特性试验

调差率：4%，转速死区：0.4/万，非线性度：0.38%。

3.2甩负荷试验

不动时间：0.14S，甩 100%负荷，最高频率71.48Hz，调节时间33.09S。

3.3空载频率摆动试验

三分钟空载频率摆动实验结果如下：第一次：最高频率50.06Hz，最低频率49.93Hz，最大频率差0.13Hz；第二次：最高频率50.07Hz，最低频率49.92Hz，最大频率差0.15Hz。

4　结语

三机冗余控制保证了在机组并网运行时，即使两台主控PCC均出现故障时，机组仍能保持原负荷稳定运行，给现场运维人员及时查找故障原因、排除故障赢得了宝贵时间，提高了调速器电气控制系统的可靠性，主配压阀控制采用双比例阀冗余结构，实际运行证明该结构成熟可靠。

［1］魏守平.现代水轮机调节技术［M］.武汉：华中科技大学出版社，2002.

［2］南海鹏.水轮机发电机组PCC控制［M］.西安：西北工业大学出版社，2002.

ThreeMachineRedundantStationGeneratorGovernorControlGongguoqiao Hydropower

MENGFan-dong1，JINYu-cheng1，JINLi-juan2
（1.Harbin Motor FactoryCoLtd，Harbin，150040，China；2.Harbin Electric Power Equipment Co，Ltd，Harbin，150040，China）

The governor for hydropower station is composed by electrical part and hydraulic part，in order to enhance the stability of the governor，two or three main control processors is often adopted by the electrical part；double proportional valves as electro-hydraulic component is usually adopted by the hydraulic servo system.This paper introduces the control principle of the governor of Gongguoqiao hydropower station by the electrical part and hydraulic part.

Governor；Three main control processor；Double proportional valves

TP273.2

A

1674-8646（2015）04-0090-02

2015-04-02

孟凡东（1977-），男，辽宁人，硕士研究生，现从事水轮机自动化设计工作。