水电站调速器电气控制系统设计与改造探讨

张景晖

摘 要：水电站在防洪、发电、航运等方面都起着至关重要的作用，为社会经济发展做出了巨大的贡献，而水轮发电机组又是水电站重要的一部分。水电站投产初期，每台水轮发电机都会安装一套调速器并配置机械液压操作装置以保证水轮发电机组调速系统的正常运行。因此，本文借助某水电站调速器电气控制系统的实例，重点分析其调速器电气控制系统设计和改造的相关问题，希望借此分析为水电站电气控制系统的研究与发展提供相应参考。

关键词：水电站；调速器；电气控制系统设计；改造

随着我国经济的稳健发展，人们对水电站的功能要求越来越高，水电站中电气设备数量的种类和数目在不断增加，其运行过程中出现故障的概率也就逐渐提高，调速器在水电站中发挥的重要作用越来越明显。因此，对水电站调速器进行电气控制系统改造设计时，必须保证设计和改造的科学性与合理性，从而保证水电站的正常运行。

1 水电站调速器电气控制系统设计

1.1 系统选型设计

水电站调速器电气控制系统的作用主要是保障电气设备及线路平稳安全运行，保证水电站防洪、发电等功能的正常实施。通过自动控制、数据测量及分析、電路保护等功能，对整个电路进行监管保护或反映电路运行中发生的问题及故障，使整个水电站电气控制系统正常运转。在对水电站调速器电气控制系统进行监控设计时，主要采用集中监控设计、远程监控设计或现场总线监控设计等思路，切实对相关数据进行实时监控和整理记录，并对其进行全面、详细的分析，以保障水电站发生故障时在尽可能短的时间内发现并采取相应措施使得水电站正常运行。因此，水电站调速器电气控制系统类型的选择对整个水电站正常运行极为重要，值得相关人员重视。此外，水电站经过长时间的运行，机组调速器电气控制系统往往会出现严重问题，但调速器的机械部分运行大多较为稳定。因此，大多数水电站改造主要是对其机组的电气控制系统进行改造，且改造系统往往选择和原控制系统以保证改造后水轮机组的电气控制系统与其机调部分有效连接，进而增强水电站运行的安全可靠性。

1.2 系统的配置设计

在水电站调速器电气控制系统设计中，可配置两个基本模块：UPC单元处理模块和SPC位置调节模块。针对UPC单元处理模块，需要对其进行调速功能的设计和改造；对SPC位置调节模块，需要设置驱动电液转换器保证其对接力器的形成进行有效的控制。为提高调速器控制系统的稳定性和可靠性，采用冗余模式对系统进行改造，配备两套T-SLG型控制系统完全冗余模式：一套主用一套备用。水电站调速器电气控制系统正常运行时，默认主用装置的两个模块对系统调速器进行控制和调节，备用装置的两个模块则对主用装置的两个模块进行实时的数据监控与分析管理。在主用模块出现故障时自动切换为备用模块，借此实现无扰动提高调速器系统工作稳定性、可靠性的功能。

1.3 控制电源设计

水电站调速器电气控制系统一般设置为2路电源：220V直流电源和220V交流电源，分别接入2个电源模块并转换成DC24V的电源。通过相应设计使电路形成DC24V电源相互热备，为电气控制系统提供工作电源、控制回路电源等。这样的电路设计使系统中的工作电源和控制电源的电压都为DC24V，极大程度上提高了设备运行的稳定性和可靠性，同时增强了设备维护工作的安全性。

1.4 调速器测频设计

水电站调速器电气控制系统的测频设计可采用2套完全冗余的T-SLG系统，在2套系统中都设置2路测频：齿盘测频和PT电压测频。当调速器系统正常运行时，每套装置的单元处理模块以电压测频为主，而齿盘测频则会在电压测频发生故障时自动发挥作用。在机组空载状态运行过程中，主用装置单元处理模块的电压测频和齿盘测频均发生故障时，电气控制系统就会自动切换到备用装置，同时发出主用装置主故障的信号。即使机组在并网运行的过程中出现主用模块的电压测频和齿盘测频都发生故障的情况，电气控制系统也不需要切换到备用装置运行，因为此故障并不会影响机组正常并网发电以及调节控制等，但是会发出主用装置小故障的信号。备用系统的测频逻辑和此逻辑相同。

1.5 控制方式设计

水电站调速器控制系统的控制模式可分为以下4种：功率反馈模式、导叶开度反馈模式、模拟量4～20mA设定模式和串口通讯模式。在电气控制系统正常运行情况下，发电机组能通过计算机监控系统对系统的功能状况进行控制和管理，从而对系统的功能进行调节。当电气控制系统中相应模式的继电器处于关闭状态时，应将调速器的控制模式设置为导叶开度反馈控制模式。当调速器的控制模式为模拟量4～20mA设定模式时，调速器系统模拟量反馈模式继电器R7就会切入电路。在水电站的实际运行过程中，我们要根据控制量对控制模式进行科学选择，以便更好的对调速器进行控制，从而保证整个水电站的正常运行。

2 实际运行与效果评价

水电站电气控制系统存在的问题是否得到解决需通过实践进行检验。某水电站调速器电气控制系统的实际运行结果证明，改造后的调速器系统操作更加方便快捷，功能指标均符合相应要求，解决了老系统存在的问题，极大程度上满足了电网的需要，同时为其它地区水电站电气控制系统的设计和改造提供了范例。

3 结论与展望

通过对水电站电气控制系统设计和改造的分析可知，电气控制系统的改造是水电站电气控制系统中重要的环节。良好的改造方案可以增强水电站调速器系统运行的安全性、稳定性和可靠性，为水电站经济合理运行提供了另一种方案。

总之，随着现代社会的不断发展，水电站电气控制也在朝着统一化、智能化、自动化的方向发展。在对电气控制系统进行设计和改造时，我们应该多方面考虑，尽量找出经济合理、安全可靠的方式对其进行改造和设计。

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