重庆江口水电站调速器模拟量优化及功能改造

欧 适，伍盛金，高金林

（国家电投集团重庆江口水电有限责任公司，重庆 408506）

1 引言

《防止电力生产事故的二十五项重点要求》和《国网公司“十八项反措”》要求：水轮机调速器的转速、功率、开度等重要控制信号应冗余配置，冗余I/O测点应分配在不同模件上，上述信号参与设备或机组保护时应采用独立测量的三取二的逻辑判断方式，作用于模拟量控制时应采用三取中值的方式进行优选。大中型水电站应采用“失电动作”规则。

2 工程概况

重庆江口水电站位于重庆市武隆区江口镇乌江支流芙蓉江河口以上约2 km处，是以发电为主的综合利用工程，距离重庆市区约140 km，距离武隆城区约20 km，是芙蓉江干流梯级开发的最末一级。电站大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高140 m。江口水库总库容5.05亿m3，正常蓄水位300 m，正常蓄水位时库容4.53亿m3，死水位为260 m，调节库容3.02亿m3，为季调节水库。电站总装机容量4×100 MW，左岸地下厂房安装3台水轮发电机组，于2003年建成投产；右岸厂房安装1台水轮发电机组，于2017年建成投产。

重庆江口水电站1号机为混流式机组，额定转速214.3 r/min，额定水头106 m，额定容量100 MW，原调速器采用“单PLC-比例阀-引导阀-主配压阀”，模拟量未采用“三取中”设计，无失电关机功能，不能满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》和《国网公司“十八项反措”》要求。

3 调速器改造方案

2021年4月初，重庆江口水电站将1号机调速器改造为北京中水科水电科技开发有限公司生产的CVT-80-4.0型调速器。该调速器基于数字插装技术，插装阀主要由阀芯、阀套、控制弹簧和密封件组成，利用集成在插装块体上的先导控制阀经由控制插装阀盖板来控制油路的通断。插装阀的基本组件均为标准化、通用化、模块化的元件，具有很高的通用性和互换性。插装阀动作速度快，应用到水电站调速系统中，其动作非常灵敏，具有很高的调节精度。插装阀具有很强的抗油污能力，工作可靠性非常高，可有效解决水电站调速系统因油污而导致的发卡问题。

3.1 模拟量“三取中”逻辑

改造后的调速器，其每套PLC的开度、频率和功率信号均采用3路信号接入。目前常规模拟量三取中逻辑通常采用单纯三取中及冗余处理三取中。单纯三取中是单纯的将三路冗余信号取中间值，当信号偏差较大时，显然不是我们想要的结果。冗余处理三取中是剔除其中1个偏离大的信号，剩余2个信号取均值，存在无法获取信号真实值的隐患。本次改造三取中逻辑实现如下：

3.1.1 3路接力器位移

（1）Ch1、Ch2、Ch3自身均正常，且之间偏差未超限（＜5%），则取中间值；

（2）Ch1、Ch2、Ch3之间出现偏差超限(≥5%)时：

各路本身正常（未越限或断线），按信号故障处理；

其中1路故障（越限或断线），其余2路正常通道之间偏差超限(≥5%)，按信号故障处理；

（3）Ch1、Ch2、Ch3自身都故障（越限或断线），按信号故障处理；

（4）Chi（i=1,2,3）正常，但其他2路自身故障（越限或断线），则Chi作为有效信号：

Ch1自身正常，但其余2个通道自身故障（越限或断线），则Ch1作为有效信号；

Ch2自身正常，但其余2个通道自身故障（越限或断线），则Ch2作为有效信号；

Ch3自身正常，但其余2个通道自身故障，则Ch3作为有效信号；

（5）Chi（i=1,2,3）故障，其他2路正常通道之间偏差未超限（＜5%），则按编号次序，取其中1路正常通道作为有效信号；否则，按信号故障处理。

3.1.2 3路PT机频信号

（1）Ch1、Ch2、Ch3自身均正常，且之间偏差未超限（＜0.25 Hz），则取中间值；

（2）Ch1、Ch2、Ch3之间出现偏差超限(≥0.25 Hz)时，按PT机频故障处理；此时若齿盘正常，则以齿盘作为有效转速；

（3）Ch1、Ch2、Ch3自身都故障（信号消失），按PT机频故障处理；

（4）Ch1自身正常，但其余1个或2个通道自身故障（信号消失），则Ch1作为有效信号；

（5）Ch2自身正常，但Ch1故障（信号消失），则Ch2作为有效信号；

（6）Ch3自身正常，但其余2个通道自身故障，则Ch3作为有效信号。

3.1.3 3路功率信号

（1）Ch1、Ch2、Ch3自身均正常，且之间偏差未超限（＜3%），则取中间值；

（2）Ch1、Ch2、Ch3之间出现偏差超限(≥3%)时，按信号故障处理；

（3）Ch1、Ch2、Ch3自身都故障（越限或断线），按信号故障处理；

（4）Ch1自身正常，但其余1个或2个通道自身故障（越限或断线），则Ch1作为有效信号；

（5）Ch2自身正常，但Ch1故障（越限或断线），则Ch2作为有效信号；

（6）Ch3自身正常，但其余2个通道自身故障，则Ch3作为有效信号。

3.1.4 优缺点分析

优点：提升了信号真实性与质量；缺点：由于信号之间出现偏差超限时，按信号故障处理，因此降低了信号可用率。

3.2 “失电关机”功能实现

改造后的调速器本身设计有压紧电磁阀，此电磁阀动作后，通过调速器液压系统，会直接给接力器关闭腔供油，开腔排油，使接力器一直保持关闭状态。通过在电气控制柜加装一组可充电的备用电源组，当调速器供电正常时，由驱动电源为阀组供电，并且给电源组充电，当驱动电源失效时，通过继电器回路切换，备用电源组为压紧电磁阀供电，使压紧电磁阀换向动作，关闭接力器。备用电源组由10枚50 F 2.7 V超级电容组成，相比较锂电池，超级电容的安全性更好，充放电电气控制回路简单，不会出现爆炸和着火等问题。超级电容的充放电循环次数可达数十万次以上，而且充电时间短，又可以大电流放电，因此完全可以满足调速器失电关机的工况。

图1 重庆江口水电站1号机调速器失电关机控制原理图

图1中，KA19为电源监视继电器，SA5为失电关机功能投退开关，TJL为压紧电磁阀。电源正常情况下，24 V+电源为超级电容组充电，当失电关机功能投入时，如果KA19继电器断电，超级电容组会通过6A10二极管，为TJL电磁阀放电，从而关闭导叶接力器。

经过试验测试，30 s内超级电容可由0 V充至20 V以上，为电磁阀放电时，电压由24 V降至15 V时间大于30 s，压紧电磁阀TJL是可自保持的双稳态电磁阀，30 s时间完全可以保证此电磁阀正常换向。

4 应用运行情况

重庆江口水电站1号机调速器改造于2021年4月初完工，进行了相关涉网试验无异常后正式交付电网调度管理。经过近一年的实际运行，到2021年末，现场测试各性能指标优良，运行状态良好。

5 结束语

改造后的重庆江口水电站1号机调速器具备模拟量“三取中”及“失电关机”功能，极大地提升了调速器运行可靠性，现场测试各性能指标优良，运行状态良好，达到了预定改造目标，改造项目整体取得成功，为下一步的2号、3号、4号机调速器改造提供了参考。