摘 要：频率是调速器控制系统一项非常重要的技术指标，频率测量的准确性将直接影响调速器的调节性能以及电力系统的安全稳定性。针对鲁地拉电厂运行过程中频繁出现的机组频率跳变故障，本文根据该典型故障的分析、处理及验证过程对南瑞SWT-2000H型水轮机调速器测频系统提出一套优化方法的成功应用，为同类型电厂解决类似问题提供了一定的参考依据。
关键字：调速器、测频测量、PCC、优化
（一）背景简介
鲁地拉电厂为金沙江中游水电第7梯级水电厂，总装机容量2160MW，6台单机容量360MW的混流式水轮发电机组安装于地下式厂房，首台机组于2013年7月投产发电，至2015年10月全厂6台机组全部投产。
该电厂水轮机调速系统是由南京南瑞集团公司成套提供。调速器采用成熟的双伺服比例阀机械冗余、双微机处理器的电液调速器，型号为SWT-2000H。微机处理器采用的奥地利贝加莱公司生产的PCC（2005型CPU，PCC是指可编程计算机控制器）。切换逻辑控制器为日本欧姆龙公司生产的ZEN型可编程PLC。频率信号处理器采用的是南瑞生产的ZHTL-1型四路信号转换器，共配置2套，对采集的残压测频和齿盘测频信号进行隔离、滤波等处理后送至PCC，其可实现频率信号“2进2出”功能。机组测频方式采用的残压测频和双齿盘测频。
该电厂水轮机调速器控制系统采用的双微机处理器冗余配置，当其中A套PCC出现故障后可无扰动切换自B套PCC。调速器机组频率信号有三路输入，分别是1路残压测频信号和2路齿盘测频信号，1路残压测频信号同时送A、B两套PCC，1号齿盘测频信号送A套PCC，2号齿盘测频信号送B套PCC。主用测频信号是残压测频，当残压测频故障时切为齿盘测频主用。
（二）优化前测频系统存在的问题及分析
该厂水轮机调速器优化前测频存在的主要问题可以归结为以下几点：
第一、该厂水轮机调速器A/B两套PCC残压测频信号均取自于同一路发电机机端电压互感器TV2，经过四路信号转换器处理后输出2路残压测频信号，分别送至A/B套PCC，残压信号源唯一。在实际运行及试验过程中多次出现因TV2工作异常情况（TV2二次回路接线端子松动或者PT本体故障等）导致的调速器A/B套PCC残压测频信号同时故障，对机组及电力系统安全稳定运行造成重大隐患。
第二、该厂水轮机调速器测频方式以残压测频为主用，当残压测频和齿盘测频偏差超过0.5Hz后，调速器测频方式无扰动切换至齿盘测频为主用，这种测频方式就要求齿盘测频非常精确。因鲁地拉水电厂为地下式厂房，当机组从开机至并网发电过程中，机组负荷处于震荡区或者因电网调度要求机组常时间处于低负荷区运行时，大轴摆动及机架震动偏大，导致测速传感器松动或与大轴测距偏离，进而引起齿盘测频信号波动。
第三、原测频系统的齿盘测频采用的是双齿盘测频，两路齿盘测频信号均为单传感器传测频方式，两路齿盘测频信号送至同一个四路信号转换器，然后输出两路齿盘测频信号，分别上送至A/B套PCC。当该四路信号转换器出现故障时会导致两路齿盘测频通道信号中断。单传感器测速是指每个齿盘测速通道只采集1个传感器的信号。单传感器测速方式受加工精度的影响，齿盘上齿的宽度和齿间距的误差，均会对频率测量产生干扰信号。在实际运行过程中由于齿盘测速装置支架布置形式、齿盘加工精度及机组振动问题，屡次造成齿盘测速探头与大轴之间的测距变化，进而引起机组齿盘测速信号跳变，频繁造成调速系统一次调频系统退出故障。
由于上述问题，该电厂发电机组自投运以来，多次出现机组频率跳变及一次调频退出故障，严重影响机组的安全稳定运行，为电厂的经济效益带来不利影响。
（三）测频系统优化方案
根据以上存在的问题分别提出针对性的解决办法。
问题一的解决方案：
优化调速器测频系统的测频方式，增加调速器A、B套PCC残压测频方式容错率。从机组机端电压互感器TV3再引一路PT信号作为调速器B套PCC残压测频信号，原调速用电压互感器TV2的一路PT信号作为调速器A套PCC残压测频信号，同时在调速器电气柜内增加一个四路信号转换器，两路TV采集的残压测频信号分别送至2个四路信号转换器处理后再分别送给调速器A、B套PCC，使调速器A、B套PCC的残压测频源完全独立。同时频率信号处理器的冗余配置，避免频率信号处理器本体的信号干扰，提高残压测频通道的容错率。
问题二的解决方案：
优化调速器测频系统的测频逻辑，采用频率“三选二”选择模式。
1、在残压和齿盘均没有报故障的情况下，由于调速器采用的双微机处理器，两套PCC为热冗余备用，此时任一选择一套PCC为主用。例如以A套PCC为主，测频方式自动选择残压测频为主用，同时计算残压测频和齿盘1测频的频率偏差F1、残压测频与齿盘2测频的频率偏差F2、齿盘1测频与齿盘2测频的频率偏差F3。在机组空载或者发电的状态下，若F1和F2均大于0.5Hz，F3小于0.3Hz，延时0.2秒，报残压测频采样跳变故障，若B套PCC无残压测频采样跳变故障，切至B套PCC运行，仍以残压测频为主用测频方式；若B套残压测频也出现故障，则不进行A、B套切换，直接切换到A套PCC的齿盘测频方式，优先切齿盘1测频，齿盘1测频信号无输出，则切至齿盘2测频。逻辑流程图如图一：
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2、当F1大于0.5Hz而F2小于0.1Hz且超过0.2s时，报齿盘测频1采样跳变故障，当F2大于0.5Hz而与F1小于0.1Hz且超过0.2s时，报齿盘测频2采样跳变故障。齿盘测频1或齿盘测频2故障时，系统只开出故障信号，PCC不进行切换，仍以残压测频为主，A（B）套残压无输出，切B（A）套运行；B（A）套残压也无输出，则切至正常齿盘测频通道运行。逻辑流程图如图二：
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3、机组测频切至齿盘运行后，因齿盘测频精度影响，齿盘测频的正常跳变也会导致一次调频动作。因此，逻辑中机组测频以齿盘为主时，为防止一次调频误动，退出一次调频功能。此时应尽快联系调度进行停机处理。以上逻辑可以有效解决一路齿盘波动而导致频率误切换的情况，但当残压测频正常时，调速器就不会切换至齿盘频率主用，提高了水轮机调速器的可靠性。
问题三的解决方案：
在调速器电气柜内增加一个四路信号转换器，将两路齿盘测频信号分别送至两个四路信号转换器，保证两路齿盘测频源独立。原齿盘测频1送调速器A套PCC，齿盘测频2送调速器B套PCC，改进为齿盘测频1和齿盘测频2同时送调速器A、B套PCC。以符合上述测频切换逻辑条件。
（四）逻辑优化后的验证试验
调速器PCC程序更新后分别开展调速器静态及动态试验，试验验证结果如下，假设以A套PCC默认为主用：
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（五）结论
鲁地拉电厂水轮机调速器测频系统优化后，经现场开展调速器静态及动态试验验证，PCC频率切换及告警逻辑符合试验预期，调速器测频系统运行正常。测频系统改进后的设备缺陷统计分析表明，基本未出现过机组频率跳变故障，进一步验证了优化后的测频系统运行的稳定性及可靠性。鲁地拉电厂水轮机调速器测频系统优化后的良好效果为为同类电厂在解决相似问题提供了一定的参考依据。
参考文献
潘熙和，严国强等.水轮机微机调速器测频方式与方法的探讨.水力发电，2009（35）.
南海鹏.水轮机调速器PCC测频装置的研究.水利水电技术，2001年.
潘熙和,黄业华等.关于对水轮机微机调速器若干问题的思考.水电厂自动化，2011年.
作者简介：
卢超友，男，湖北咸宁，助理工程师，本科学位，从事水电厂自动化应用及管理的工作（378097878@qq.com）。