水輪機調(diào)速器改造為步進電機的相關(guān)論述

　　針對XT-1000型調(diào)速器在運行過程中存在的問題，保留了原有的液壓系統(tǒng)和接力器兩部分，采用以PLC為硬件主體的步進電機式可偏程調(diào)速器對其進行技術(shù)改造。

　　《中國電機工程學報》(旬刊)國家一級學報，國內(nèi)外公開發(fā)行，全國中文核心期刊。主要出版動力和電力工程領(lǐng)域的新理論、新方法、新技術(shù)和新成果。主要服務對象是電力工業(yè)和電工制造領(lǐng)域的廣大科技工作者、高級工程技術(shù)人員和高等院校師生。

　　泉水水電廠始建于上世紀70年代，作為機組安全可靠運行關(guān)鍵組成部分之一的機械液壓式調(diào)速機(XT-1000)生產(chǎn)于70年代，由于運行時間長，目前存在著一定的缺陷和安全隱患，主要有以下幾個方面：1.由于運行時間長，機械元件的運動受運動間隙和摩擦力影響，因而調(diào)速器靈敏度較低，其死行程及轉(zhuǎn)速死區(qū)偏大，使機組不能快速整步并網(wǎng)，增加空載耗水量;2.受傳動結(jié)構(gòu)及慣性的影響，接力器不動時間較長;3.其調(diào)節(jié)參數(shù)在運行過程中不能改變，這不適應水電站自動化生產(chǎn)的要求;4.在實際運行中其還不便于自動操作而且精密零件多，制造成本高，維修較困難。為此，我們對其進行改造。

　　一、步進電機PLC型調(diào)速器簡介

　　步進電機可編程序控制器(PLC)型系列調(diào)速器是目前中小水電站水輪發(fā)電機組控制器使用的新一代先進調(diào)速器，它由電腦調(diào)節(jié)器和步進隨動系統(tǒng)及油壓裝置三部分組成，電腦調(diào)節(jié)器采用可編程序控制器(ProgrammableLogicalContr011er以下簡稱PLC)，步進隨動系統(tǒng)采用步進電機直接控制主配壓閥的開關(guān)方式。步進電機PLC型調(diào)速器整體結(jié)構(gòu)簡單、外形美觀、可靠性高、響應速度快、易操作、易維護、易擴展，可以實現(xiàn)無人值班，能夠給用戶帶來直接經(jīng)濟效益。因此無論是新電站發(fā)電機組控制器使用的步進電機PLC型調(diào)速器，還是將舊的調(diào)速器改造為步進電機PLC型調(diào)速器，其優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)及安全可靠的保證都得到了廣大用戶的一致認可和贊譽。

　　二、改造方案

　　將機械液壓式調(diào)速機(XT-1000)改造成步進電機PLC型調(diào)速器的內(nèi)容及方法步驟：

　　1.將原調(diào)速器的電氣控制柜(或機械控制柜)全部去掉，只保留了原有的液壓系統(tǒng)和接力器兩部分(即輔助接力器、主配壓閥、主接力器和油壓裝置)。

　　2.將原有調(diào)速器的電氣或機械控制部分更換為電腦控制器，其電腦控制器采用可編程控制器(PLC)，顯示和操作部分采用可視觸摸屏，調(diào)速器的顯示和所有操作過程均在可視觸摸屏內(nèi)完成，實現(xiàn)人機對話。其形象優(yōu)美、操作簡捷、方便、準確、可靠。

　　3.將原有調(diào)速器由菱形飛擺，來控制接力器行程的隨動部分，可變?yōu)橄冗M的數(shù)字驅(qū)動模塊。驅(qū)動步進電機調(diào)節(jié)接力器的行程，其機械部分采用集成板塊組合式結(jié)構(gòu)，可使得原來復雜的機械液壓部分變得非常簡單，免除了調(diào)速器對油質(zhì)的要求，可使調(diào)速器能夠在最為惡劣的環(huán)境下保持安全可靠的自動運行，成為真正無憂型調(diào)速器。

　　三、更換為步進電機PLC型調(diào)速器的基本配置

　　為了使步進電機PLC型系列水輪機調(diào)速器能夠高度可靠，運行安全可靠。關(guān)鍵硬件引用當前市場最高級配置，全部采用國外成熟的新技術(shù)，以此保證調(diào)速器的高可靠性和穩(wěn)定性，模塊化組合結(jié)構(gòu)，具有免維護品質(zhì)。

　　基本配置型號產(chǎn)地：

　　名稱 型號 產(chǎn)地

　　PLC(可編程序控制器) FX2N-48MT-001 日本三菱

　　A/D模塊 FX2N-4AD 日本三菱

　　脈沖發(fā)生器模塊 FX2N-1PG-E 日本三菱

　　步進電機驅(qū)動器 0EM-750 美國派克

　　步進電機 CH-9114 日本三洋

　　步進電機編碼器 FX-EEPROM-8 日本三菱

　　觸摸屏(GOT) F930 日本三菱

　　步進電機驅(qū)動電源 S-350-48 臺灣

　　接線端子 WAOD-236 德國萬可

　　四、主要技術(shù)性能

　　1.靜態(tài)特性曲線近似為一直線。

　　2.靜態(tài)特性曲線轉(zhuǎn)速死區(qū)ix≤O.08%(測至主接力器)。

　　3.水輪機突甩25%額定負荷后，接力器不動時間不超過0.25S。

　　4.在機組的各種工況和運行方式下能自動穩(wěn)定運行。

　　5.采用實時變結(jié)構(gòu)，變參數(shù)自適應并聯(lián)PID調(diào)節(jié)程序。

　　6.實時故障診斷報警及保護程序。

　　五、改造后的調(diào)速器具有的主要功能為

　　1.手動功能：

　　具有機旁手動開機、停機，增/減負荷功能。接受事故信號后，可自動緊急停機。

　　2.自動功能：

　　具有機旁或遠程控制的自動開機、停機、調(diào)相、增/減負荷功能。自動開機時可選擇機組頻率跟蹤網(wǎng)頻或頻率給定實現(xiàn)快速平滑并網(wǎng)。設有人機對話工具，采用全中文人機界面，更形象直觀地顯示各種參數(shù)，各種操作易學，易掌握，故障處理快速準確。無沖擊實現(xiàn)自動、手動兩種運行方式下任意方向卻換。具有很強的自診斷功能，當系統(tǒng)發(fā)生故障時，能及時、準確地發(fā)出報警，并顯示故障源及故障處理方法，同時采用相應的安全措施。當兩種電源同時消失時，自動無沖擊轉(zhuǎn)換為手動運行方式。開機過程中，如機組頻率信號消失，自動關(guān)機，以確保機組安全。具備各種傳感器信號故障時的保護功能，如機頻信號、網(wǎng)頻信號、水頭信號、絲杠及接力器位移信號消失時，保持機組運行狀態(tài)不變。當水頭信號傳感器故障時，自動轉(zhuǎn)換為人工水頭輸入，當水頭信號恢復正常時，屏蔽人工輸入，接收傳感器信號，任意方向切換對機組無沖擊。能適應多種通訊規(guī)約，與各種不同的上位機實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行，且進網(wǎng)、退網(wǎng)時無沖擊。允許修改的參數(shù)均可實現(xiàn)修改，在手動運行方式進行“寫參數(shù)”操作后，即永久有效。

　　3.容錯及故障診斷功能。

　　4.輔助調(diào)試功能。

　　六、改造后的調(diào)速器具有的主要性能有

　　1.高可靠性：

　　關(guān)鍵硬件全部采用國外成熟的新技術(shù)，調(diào)整器電氣部分硬件部分可靠性有保障，MTBF達30萬小時以上

　　2.易操作性：

　　由于觸摸屏的采用及全中文人機界面的引入，只要了解發(fā)電廠的運行規(guī)程，即可在中文引導下完成對機組的各種控制操作。

　　3.易維護性

　　YPBT調(diào)整器中無易損件，電氣控制部分是免維護的。機械液壓系統(tǒng)中由于集成構(gòu)件的采用，使得結(jié)構(gòu)大為簡化，除需對配壓閥和接力器進行長期間隔的定期檢修外，平常亦無需維護，減輕了操作人員的檢修人員的勞動強度，提高設備的可利用小時數(shù)。

　　4.可擴展性

　　由于PLC的硬件采用功能模塊化結(jié)構(gòu)，如若干年后，對調(diào)速器進行功能擴展，只需增加必要的功能模塊就能夠?qū)崿F(xiàn)

　　5.安全保護性

　　由于YPBT調(diào)速器具有完善的容錯及故障處理系統(tǒng)，當調(diào)速系統(tǒng)中發(fā)生非致命性故障時，裝置仍可“容錯”運行，通過裝置的故障保持功能或改變運行方式，在故障處理系統(tǒng)的指導下，維護人員可不停機進行故障處理，提高機組的利用率。

　　七、結(jié)束語

　　將原有調(diào)速器控制部分拆除為起始，直到PLC型調(diào)速器安裝調(diào)試完畢并網(wǎng)發(fā)電為止，工期短，整個過程在3-5d內(nèi)全部完成。