徐胜
湖南省国网电力有限公司水电分公司 湖南 益阳 413500
摘要：水轮机调速器（以下简称调速器）是水电厂发电机组重要的主控设备之一，它的可靠性问题一直是水电厂关注的重点，因为其可靠程度直接关系到整个发电厂机组的安全运行和电网的安全。我国调速器的发展从20世纪50年代至今，共经历了从机调→电子管电调→晶体管电调→集成电路电调→单板机、单片微机调→PLC调速器→步进电机PLC调速器→数字化智能型调速器的过程。结合我国国情和水力发电行业特点开发的数字化智能型调速器相对于传统调速器来说具有更高的测频精度、更快的响应速度、耗油量低和安装维护简便等特点，同时具有更加科学且便捷的操作性，运行效率得到很大程度的提升。是国内水电厂扩容增效改造，提高自动化程度的首选产品。
关键词：数字化智能型调速器；水电厂；插装阀；功能；应用
引言
力发电对比传统火力发电具有清洁环保、运行成本较低、效率高等优点。水轮机调速器作为水电站发电系统的核心组件，在水力发电中扮演着十分重要的作用，它的可靠性直接决定了水电站的经济效益。随着PLC技术和可编程控制器在工业上广泛应用以及数字液压阀产品的日益成熟。采用可编程微机调速器搭配数字液压阀替代原机械式调速器，将具有动作迅速、高实时性、防卡阀性能强、抗油污能力强、稳定性强等优点，降低水电站的维修成本，为电站提高经济效益。
1数字化智能型调速器设计的主要目的
水轮机调速器是水电站核心控制设备之一，它与计算机监控系统相配合，承担着机组导叶开度、机组频率、机组功率等控制任务，简单的水轮机微机调速器系统结构。PLC调节器经过PID运算输出脉冲序列，经过放大后作为开关阀的输入信号，但是开关阀只有开启和关闭两种状态，输出的流量是断续的，这时需采用PWM控制技术控制高速开关阀，让其输出连续的流量信号并进入接力器，从而控制接力器的位移[3]，反馈信号则取自接力器位移，经过V/F转换成频率信号再次输入PLC，与运算值进行综合比较，达到调节导叶开度的目的。目前，国际和国内的数字式调试器都是基于PID或以PID为基础的适应性变参数调整规律[4]。由于水流贯性时间常数、水头的变化、尾水的波动以及蜗壳中不均匀流场引起的脉动，水轮机微机调速器出现导叶开度调整不到位的情况，也就是导叶开度控制死区。死区如果过大，实质就是理论和自动控制的失效，具体表现为机组频率摆动过大，主配抽动剧烈，打油频繁，管路振动，难于并网等。当然死区也不是越小越好，过于精准可能会使得主配压阀非常灵敏，这对系统未必是好事。事实上，系统中如果存在一定的死区，在动态调节过程中，该死区会“离散在”整个调节过程中，使得导叶反馈曲线和给定曲线并不完全一致，且形成一个相对平缓的调节过渡过程，这对有效抑制机组惯性造成的频率反馈滞后是非常有利的。
2数字化智能型调速器设计生产过程中所需要解决的问题
2.1调速器设计制造的问题
在市场上，根据发电机组调速器所具备的不同需求，可以将其分为机械调速器、液压调速器、电子调速器、电液调速器以及复合式调速器。目前在实际应用中采用的调速器主要是机械式和机械液压式以及电液调速器，但这几种传统的调速器主要受当时设计技术、制造条件等因素的局限，产品自身存在着许多弱点和不足，存在一定的离散性及稳定性的浮动，无法完全满足水电厂正常运行的要求。
2.2调速器微机控制器的选择问题
微机控制器的选择。
微机控制器是调速器的控制核心部件，主要负责水位、频率、有功功率、导叶开度等信号采集、数据运算、运行工况及操作方式切换、模拟量输入输出、离散量输入输出、控制值输出、执行机构控制、网络化数字化通讯及其他附加功能。由于水电厂的运行工作环境复杂多变，是典型的工业生产现场，其对设备的可靠性和稳定性要求非常高。所以，微机控制器应具有抗扰能力强、可靠性高、方便维修操作等特点。目前市场上常规的微机控制器种类繁多，采用较多的微机控制器有单片机、PLC、PCC等，因此，微机控制器核心部件的选择对数字化智能型调速器的开发至关重要。必须结合水轮机调速器的特殊性进行合理选择。
3?水电厂数字化智能型调速器功能
3.1智能电液随动系统
传统的调速器在运行过程中主要采用机械反馈的机械式随动操作机构来保证其运行，但是由于在安装过程中相对较为复杂，并且精度的控制能力相对较差，随着科技的迅速发展已被逐渐淘汰。如今在应用过程中采用的电液随动系统具有很强的实用性智能性，其调控可以做到对液压元件和传感元件的状态实时监测和随动调控。实际应用中已逐渐取消了机械反馈，系统结构简化，集成度高，不仅外观美观操作方便同时还节省安装时间。电磁阀及插装阀对油质要求很低，对油质黏度适用范围广，大大降低了卡阻的发生几率；零部件拆装简单，工艺易于掌握，不需要专用的工器具和特殊培训的维护人员。保证了系统简单可靠，使用方便的特点。
3.2甩负荷过程中的导叶开启时间优化
在甩负荷后机组频率降至49.3Hz时导叶才开启，频率降低过快至V/Hz限制保护动作值时将启动停机流程。为了加快系统的响应速度，对微分参数进行调整，使偏差信号值变得太大之前引入一个早期修正信号，从而加快系统的响应速度，减小调节时间，避免机组频率快速降低。现场经过多次模拟仿真试验，最终确定将调速器空载参数微分项由2调整至5。在模拟机组并网状态下，断开断路器合闸信号，导叶能迅速关闭至空载开度以下;同时模拟频率下降过程，导叶在模拟机频以2Hz/s速度下降至54Hz时导叶再次开启(导叶开启时间提前)，导叶开启速度先快后慢，模拟甩负荷过程正常。此时能够满足甩负荷后不停机要求。
3.3智能化配合
在智能型水电厂的设计应用过程中，数字化智能型调速器的应用可以满足水电厂机组运行过程中对可靠性、灵敏性以及稳定性等方面的具体需求。通过采用数字化智能型调速器的使用，可使系统在具体运行过程中达到统一整体的目的，从而发挥数字化智能型调速器在运行时的整体性能。
结束语
智能化是将来水电厂自动化发展的大趋势，调速器作为其中重要的组成部分，必须充分满足和适应当前技术发展的需要。从硬件方面，智能水电厂调速系统必须满足当前行业标准和技术发展趋势，必须满足“三层两网”架构及过程层网络通信要求，结合南瑞最新研制的智能控制器和智能终端，本文搭建了智能水电厂调速器硬件平台，给出了全网络化信号采集和数字传输控制架构。其次，智能调速系统设计还重在软件功能，结合当前研究热点，提出了基于层析分析法的调速系统状态监测、监控评价方法，提出了基于故障树法的调速系统故障诊断及预警架构，为实现智能水电厂调速系统的建设做出了有益探索。
参考文献
[1]刘伟,王继伟,宋艳伟.对时功能在糯扎渡电厂调速器控制系统中的应用[J].水电厂自动化,2018,39(04):56-57.
[2]戴驱,刀亚娟,吴威.数字化水电站智能型调速器功能设想[J].水电站机电技术,2018,41(11):89-91.
[3]卢亚萌.某水电厂调速器系统溜负荷事件的分析与处理[J].广西水利水电,2018(04):56-59.
[4]张官祥,常中原,蒋小辉,陈自然,涂勇.水轮机调速器通信故障诊断处理及防范措施[J].水电站机电技术,2018,41(08):64-67.
[5]常中原,张官祥,蒋小辉,陈自然,涂勇.基于PCC控制器的调速器控制策略研究与应用[J].水电站机电技术,2018,41(03):21-25+71.