调速器培训2014.3
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调速器培训
一、水轮机调节原理
水轮机调速器的调节对象是水轮机,调节目标是维持机组于额定转速(频率),根据机组的给定负荷,调节有功功率。不断地调节机组的有功功率,维持机组的转速在额定转速的规定范围内是水轮机调节的基本任务。
按我国电力部门规定,电网的额定频率为50Hz,大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。
水轮机调速器是水轮发电机组的重要辅助设备,它与电站二次回路或微机监控系统相配合,完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。
不论哪种类型的水轮机调速器,调节水轮机转速的基本原理是相同的,都是采用反馈控制的原理,工作原理如下图所示。在水轮机转速调节中,被调量是水轮机的转速(或水轮发电机组的频率),调节的目标是转速给值,通常为额定转速(或额定频率50Hz)。引起转速变化的是机组负荷扰动或进入水轮机的水量的变化。在水轮机调速系统中调整机组转速的调节机构是水轮机的导水叶。改变导水叶的开度、水轮机的水体流量,从而改变机组的转速。
图9-2 水轮机调速器基本工作原理简图
水轮机调速器工作基本原理图
调速器能使水轮机的转速保持在额定值,是因为调速系统将水轮机转速反馈到转速测量机构,实时地测量机组转速与给定转速的偏差,并根据该偏差的大小和方向,按照预定的调节规律产生调节指令。该指令通过执行机构(电液随动系统)开启或关闭导水叶,调节进入水轮机的水量,改变水轮机的转速。由于系统是接成负反馈,转差所产生的调节作用总是使这个转差减小,直至偏差为零,保证了机组实际转速与给定值相等。从水轮机调速器工作基本原理图中可以看出,水轮机调速器一般由转速偏差测量机构、调节器和电液随动系统或执行机构三大部分组成。二、我厂调速器概况
我厂目前有6台调速器(4号机改造中)在运行,生产厂家两个,型号四种。
1)1号、2号调速器为长江三峡能事达电气公司生产的型号WBST-150-2.5,结构为可编程计算机控制器PCC+步进电机式调速器,主要由数字式步进电机驱动器+步进电机+位移转换丝杆电液转换系统、主接位移传感器反馈系统组成,实现对水轮机的
控制。其采用直连型块式结构,积木式安装,无杠杆,内置式油管。对油质要求低,滤油精度在100u即可满足调速器要求。
步进式电-位移伺服系统及实物图如下:
步进电机控制原理图
可
编
程
控
制
器
驱动器
传感器反馈信号
步进电机
丝杆
正向脉冲
反向脉冲
2)3号、5号、6号、7号为武汉长江控制设备研究所生产,共三种机型。
3号、5号型号为DKST-150-2.5型;6号为混流机组单调,型号为DKT-150-2.5型;两者结构均为可编程计算机控制器PCC+交流伺服电机调速器。该型调速器采用交流伺服电机+丝杆螺母副直接控制主配压阀的控制方式;电气部分采用高可靠性的可编程控制器为硬件主体;机械部分采用直联型结构,减少机构传递环节,使得结构紧凑、简单;无杆件,少油管。所有这些,使得该型调速器的工作更可靠,性能更优越,结构更简单,调试、运行和维护更加方便。
交流伺服电机外观实物图和内部结构图如下:
1
2
3
4
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6
7
11
10
9
8
1.手动操作机构
2.电机
3.连接轴齿轮
4.滚珠丝杆副
5.机座
6.导向键
7.弹簧定位座
8.纯机械复中腔
9.弹簧 10.移动轴 11.限位板
7号机为双微机调速器,型号为WDT-150-2.5,是九十年代的产品,属微机型调速器的初级产品,虽然技术指标、功能较高较全,但由于其整体结构复杂,机柜内电液转换、开度限制、主配复中、开度反馈等机构卡涩现象时有发生,电柜元器件老化、接触不良等原因使得调速器整体稳定性、安全性下降,表现为故障率高、维护量大、开停机成功率低。今年汛期将对其进行更新改造。
双微机调速器复杂的逻辑图和实物图如下:
三、PCC调速器介绍
奥地利贝加莱公司于1994年首先推出了PCC(Programmable Computer Controller,即可编程计算机控制器)是一种新型的模块化控制装置。它融合了传统的PLC和IPC的优点,既具有PLC 的高可靠性和易扩展性,又有着IPC的强大运算处理能力和较高的实时性及开放性。PCC的硬件结构和外形与PLC十分相似,但PCC具有更强大的处理能力和更高的实时性;在软件功能方面,它又与某些PC-Based类似,不过其可靠性和环境适应能力却大大优于后者。
可编程计算机控制器是一种全新的控制概念,它集成了PLC 的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统等功能,除具备PLC的高可靠性外,还具有PC机的高速性和大容量等特点;
PCC多数为32位CPU,具有高速的智能处理器TPU,TPU功能可使系统响应时间达到μS的范围,而CPU不需作任何加载;将要求实时性比较高的程序置于高速任务中,可以有效地保证系统的实时性,提高调速系统的动态性能指标;相对于PLC,PCC程序中对变量的命名更具有人性化,程序的可读性也更强;PCC具有良好的电磁兼容能力和现场总线全面支持技术,体现着世界工控领域的发展方向,已广泛应用于调速器和励磁装置等电气设备中。
四、电液随动系统的电气分析
调节器计算出的调节器输出y与接力器反馈y_之间的差值进行电压放大后,一路接至平衡表,另一路进行电流(功率)放大,控制机械液压随动系统,使接力器跟随调节y。这里要注意两个量的一些特征:y是PID计算的结果,只与频差、人工失灵区、永态转差系数、功率给定(并网时)、有效开限有关,它可从D/A 输出中测量,为0(对应接力器全关0%)至10V(PLC、PCC)或5V(双微机)(对应接力器全开100%)的模拟信号;y_为接力器反馈值,它通过调零调幅电路来保证y_为0V(0%)时对应接力器全关,10V(100%)(PLC、PCC)或5V(双微机)时对应接力器全开。平衡表是判断调速器工作正常如否的晴雨表(注意是单偏还是不停地动作)。一旦机组运行有问题,首先根据机组运行工况,判断y计算是否有误,y的模拟量与数值量是否相等,再看平衡表是否平衡,反馈y_是否反映正确,反馈传感器的安装、工作电源是否正常,调零调幅是否正确等。单偏常是机械问题,不停地动作常是电气问题。示意图如下: