百色水利枢纽#3机调速器改造

唐 力，王一娟

（广西右江水利开发有限责任公司，广西 百色 533000）

0 引言

百色水利枢纽位于广西壮族自治区百色市的郁江上游右江河段上，电厂设计有4 台装机容量135 MW的混流式机组。电厂旧有的调速器系统及其油压装置是福伊特西门子公司生产的VDG/VGC 511型数字调速器，机械液压部分采用机械柜、回油箱合一的方案[1]。其中#3 机组自2007 年正式投运以来，已使用超过12年，出现设备老化现象。

1 调速器系统存在的问题

机组调速器自投产以来，运行稳定可靠，但是仍存在以下问题:①电调柜为单通道控制，无法保障控制器突发故障情况下机组的正常运行；②比例伺服阀内滑阀的刃边磨损和阀芯径向磨损，增加了比例伺服阀的零位泄露[2]。导致主配压阀的零位不稳，最终使得压力油泵启动频繁；③电子元气件老化；④交互界面为按键输入的液晶屏，属于较落后的技术；⑤产品升级换代后新配件与原系统不兼容，且备品昂贵，供货周期长。

2 改造的基本原则

改造的目的是解决目前设备存在的缺陷，并尽可能降低设备的维护成本，保证设备运行的可靠性和经济性。要求产品应具备但不仅限于一般调速器所的所有基础功能，所有性能指标优于国标及行标要求。

（1）满足设备自动控制的要求。能够保证水轮发电机组稳定运行于空载、发电、调峰、停机和手动等工况，及时响应计算机监控系统的指令和正确及时反馈相应信息，保证水轮发电机组能迅速开机、停机、并网及增减负荷。

（2）提升设备的可靠性。增加备用控制通道以及机械手动功能，并保证设备的手、自动运行方式任意无扰动切换，切换时运行稳定。

（3）提升设备交互体验。令设备具有更友好的人机界面，同时集成调速器性能测试、维护软件。

（4）能有效降低设备用油量和压力油泵启停间隔时间。液压系统密封可靠，静态密封无渗漏，动态密封可靠。调速器液压传动部件动作灵活，活塞动作灵活，无卡阻，死区小，阀体及活塞加工质量满足国标要求。

3 改造方案

3.1 电调柜改造

改造后的设备为东方电机HGS-E 型调速器电气柜。

新的电调柜为A、B两套冗余控制通道，两套控制通道能够同时接收外部信号和处理数据，同时通过高速数据交换口进行数据交换。备用通道自动同步主用通道的数据，通道之间能够无扰动切换。柜内配备电手操综合控制模块，作为PCC失效时的应急通道。

增加了备用的接力器位置传感器和机械手动功能，当主用接力器位置反馈故障时，调速器自动切至备用接力其位置反馈信号，若主备用同时发生故障，则切至机械手动运行。控制通道依据不同的切换调节模式，具体调节原理框图见图1。

图1 调速器调节原理框图

新系统人机交互装置为菲尼克斯BL_PPC15_1000 工控机，触摸屏控制，人机交互界面为中文图形用户界面，操作更为简便。具有实时事件登录功能，能够进行事件录波和辅助分析及故障追忆，能进行故障自诊断，实时监视各组成部分，显示故障原因和实时记录数据。

3.2 机械部分改造

改造了设备的主配压阀，事故配压阀、分段关闭阀、紧急停机电磁阀及伺服比例阀，增加了手自动切换电磁阀及导叶手动操作阀。

在旧有的机械柜/回油箱一体柜上进行改造，根据新主阀设备对现场基础架进行切割配孔，将新主阀设备安装固定，并根据系统图及管路图进行现场配管作业。新的机械部分系统构成见图2。

图2 调速器机械部分系统框图

4 改造后进行的试验

调速器改造后，为了保证机组安全稳定运行，依照相关标准[3]，测试调速器改造后各项性能指标是否满足要求，进行以下试验。

4.1 原动机及调节系统参数实测与建模试验

为检验发电机组控制方式及调节特性，实现电网的稳定性计算与分析，对机组调速器进行原动机及调节系统参数实测时间，建立相关数学模型。

通过模型参数辨识，确认新调速器的永态转差系数，人工转速死区，空载和并网工况下的PID控制参数等，设定值与实际值误差在标准允许范围内。同时通过试验计算得到了接力器反应时间常数和开度死区。通过执行机构小阶跃试验辨识得到电液伺服系统的模型并校验参数准确，同时通过机组频率扰动试验辨识得到水流时间常数。具体结果如表1所示。

序号1 2 3 4项目名称接力器反应时间常数Ty开方向开度死区Yx/%关方向开度死区Yx/%水流惯性时间常数/s实测指标0.099 0.05 0.05 1.80

最后通过增减负荷试验检验了调速器调节负荷的能力。根据试验结果拟合有功及导叶开度的关系，得到结果，当机组出力在20 MW至110 MW区间时，有功与开度的关系可以表示为：

y=2.1 705x-40.49

R2=0.9 948

其中y 表示有功，x 表示开度，R2表示拟和曲线决定系数。

当机组出力在110 MW至130 MW区间时，有功与开度的关系可以表示为：

y=0.9 862x+41.394

R2=0.9 793

4.2 调速器改造后交接试验

交接试验内容包括导叶开启和关闭时间测定，调速器静特性试验及永态转差系数校核，故障模拟和控制切换试验，自动开机试验，空载试验和甩负荷试验。

导叶开启和关闭时间测定得到，导叶全开时间为9.6 s；导叶分段关闭的第一段关闭时间为4.25 s，对应拐点为50.8%，第二段关闭时间为7.16 s，测试结果满足调保计算要求，其余试验结果如表2所示。其中TSr表示至额定转速时消耗时间，T0.8表示至80%转速时消耗时间，Tq表示接力器不动时间。

序号123 4 5项目名称静态特性转速死区静特性曲线线性误差自动开机空载摆动3 min国标要求≤0.02%≤5.0%≤5手动≤0.2%自动≤0.15%甩25%负荷接力器不动时间实测指标最大：0.016%最大：0.003%Tsr/T0.8=3.37手动：0.101A套自动：0.137 B套自动：0.109 A套：0.12 s B套：0.14 s Tq≤0.20 s

4.3 一次调频试验

进行了机组一次调频人工死区验证，调速器人工死区设为0.049 Hz时，试验结果满足“一次调频的频率死区不大于±0.05 Hz”的要求。

在仿真阶跃给定±0.10、±0.15、±0.20 Hz 的情况下，#3机组调速器系统一次调频负荷响应滞后时间小于3 s。机组在电网频率一次调频死区开始的60 s内，实际出力达到稳定值，满足规范要求。

检查了一次调频的限制功能及一次调频与监控系统AGC配合的逻辑，试验结果证明限制功能正常，与AGC配合的逻辑与设计一致。

5 结语

改造试运行时，在机组出力为固定负荷的状态下，#3 机组压力油泵启停间隔由原来的20～30 min延长至50～60 min。试运行结果表明，改造工作减轻了阀组内漏的现象，压力油泵启动的间隔时间明显增加，能够有效延长油泵及调速器油使用寿命。

同时，经过此次全面改造，百色水利枢纽#3 机组调速器更新了设备，解决了调速器运行中出现的其他缺陷，提升了设备的可靠性和使用的便利性。