二滩水电站大型水轮机调速器国产化实践

二滩水电站大型水轮机调速器国产化实践

田开华　袁小燕

(二滩水力发电厂　四川省攀枝花市　617000)

【摘要】　介绍了二滩水电站对进口瑞士H V微机水轮机调速器电气控制部分进行国产化

改造的实践过程和成功经验。

【关键词】　调速器　改造　P LC　触摸屏

【数据库分类号】　SZ02

0　概述

我国自改革开放以来,水电建设速度大大加快,一批百万级大型水电站开工建设。如隔河岩、五强溪、漫湾、岩滩、水口等水电站都是在20世纪80年代开工建设的,在90年代初相继投产发电,为缓解我国电力紧张形势和调整我国电力结构起了巨大作用。二滩水电站1993年正式开工建设, 1998年第1台机组投产发电,在当时单机容量为我国最大(550MW),调速器为瑞士HY DRO VE VEY MIPREG600微机调速器(以下简称H V调速器),两套冗余调节控制器,通过数字计算以程序的形式执行各阶段的转换、调节功能,其技术性能和功能受到一定的限制。自投运以来,调速器(主要是电气控制部分)暴露出不少缺陷和隐患,影响到机组和电站的安全稳定运行。

H V调速器存在如下主要问题:

(1)导叶位置传感器为角位移型,输出电流为0～5mA。其外壳为铝,因而抗干扰能力差,例如在水车室使用对讲机的时候会出现接力器大幅抽动;导叶位置传感器零位容易发生漂移,在停机时低于低限设定值,导致两个调速器头都大故障。

(2)调速器头在故障切换时,会出现当主调速器头发出切换命令后,由于从调速器头未能接受到切换命令,导致主/从调速器头均不工作。

(3)转速装置虽然有3套,但其中蠕动测量只在转速20%以下起作用,测量20%以上的两套测速由于原理一样,安装位置也相同,不满足两套不同原理的测速装置的要求。

(4)直流电源存在两个问题:一是调速器的直流电源两路进线经二极管隔离形成双电源冗余,存在环流问题,使直流系统绝缘检测装置无法正常工作,而且在直流电源串入交流电源或两套直流交叉接地时,二极管到调速器电源模块的输出将出现过高电压,导致调速器大故障引起事故停机(2005年2月2日曾发生因直流电源串入220V交流电引起2台机组同时停机事故);二是机械柜的电源取自电气柜,如电气柜电源消失则不能远动停机。

(5)机组常出现负荷波动。

为彻底解决调速器系统存在的以上问题,通过充分的专家论证和公开招标,选择武汉事达电气有限公司的WT-SP LC-ST ARS双P LC调速器电气柜(以下简称ST ARS调速器),对水轮机调速器电气控制部分实施设备改造。

收稿日期:2006-08-10。

将进口设备更换为国产设备,是一项艰巨的工作,具有很大的风险和困难。从2001年以来,二滩水电站从论证到招标,从方案设计到生产制造,从安装调试到试运行,从出现问题到不断完善,每一步都做出了大量艰苦的工作。首台调速器改造2003年5月完成,迄今为止,已完成了4台水轮机微机调节器的改造,另外2台正在制造之中,改造后的调速器功能逐步完善,技术指标达到或超过国家标准,部分技术指标优于H V调速器。

1　改造方案

1.1　2号机调速器

(1)将原2个调速器电气柜改为2个武汉事达电气公司为二滩研制的WT-SP LC-ST ARS双P LC调速器电气柜。

(2)两路直流电源完全隔离,内部各电源模块均采用冗余配置。

(3)安装输出电流为4～20mA的角位移传感器及其传动机构,用于测量机组导叶位置。

(4)新装测速探头、测频探头、蠕动探头来进行机组转速测量,采用FX2N系列编程软件,用于转速继电器检测装置,与调速器完全独立。

(5)两套调速器均采用齿盘和残压两种测速方式。齿盘测速在开机过程中起作用,当机组达到额定转速后切换至残压测频方式。齿盘测速和残压测频可以手、自动切换。

(6)P LC输出的模拟量信号分为电压型和电流型,电压型模拟量通过二极管切换,电流型模拟量通过继电器切换,所有的模拟量最后通过电磁隔离后输入、输出。

(7)采用西门子触摸屏,通过RS232串口(C OM2)100M以太网与两套P LC通信,实现调速器电气柜与监控系统的通信,具有监控、试验和录波等功能。

(8)核心控制元件采用Quantum系列P LC,可编程控制器的编程软件采用C oncept2.2软件,2套P LC通过集线器和通信线进行通信并实现实时的数据交换。

1.2　5号机调速器

根据改造后的2号机调速器运行维护情况,相对于2号机调速器进行了以下改进:

(1)转速测量装置的安装方式改为抽屉式,以便于维护。

(2)由于电压型模拟量是通过二极管切换后输出到表计,在此过程中伴生有电压损失,导致表计指示不准确,遂将电压型模拟量改为通过继电器切换。

(3)增加“调速器转速信号故障”信号送监控系统。

(4)Quantum系列P LC编程软件采用C oncept2.6软件。

1.3　4号机调速器

根据改造后的2、5号机调速器运行维护情况,相对于5号机调速器进行了以下改进。

(1)由于2号、5号机组调速器柜运行温度高、运行维护不便,将一个调速器电气柜改为两个柜。

(2)由于2号、5号机组调速器角位移导叶位置传感器多次出现传动机构发卡故障,造成接力器抽动、甚至停机现象,遂将其更换为拉线式传感器(先在2号机实施,运行不到12h,就出现拉线卡死、不能回卷,造成机组溜负荷)。于是又将其改为3个MTS直线移传感器,并且采用了三取二方案判断传感器故障并能自动切换。

(3)在每套CPU电源前增加一个电源开关,可以实现对任何一套的CPU单独断电,便于检修。

(4)P LC模拟量输出均改为电流型模拟量(除送电转信号外),不经过电磁隔离直接输出。

1.4　1～3、6号机调速器改造方案

根据改造后的调速器运行维护情况,相对于4号机调速器进行了一下改进。

(1)由于5号机调速器导叶位置传感器配置按4号机调速器方案更换为3个直线传感器后出现了故障,并且此型号传感器已停止生产,因此改为两个MTS角位移传感器(KI NAX WT707143E 1051/H)作主用,1个巴罗夫直线位移传感器(BT L5-E10-M0750-P-S32)用于监视比较和备用,仍然采用三取二方案判断传感器故障,并能自动切换。

(2)除了水头信号外,其他均取消了光电隔离模块。

(3)将转速继电器分散布置,并增加了电源开关。

(4)增加了触摸屏电源开关。

(5)将网频测量信号源由原来的相电压改为线电压,以减小电压谐波的影响,提高网频测量精度。

(6)对硬件布置进行调整、优化。

2　改造实施

2.1　2号机调速器

改造于2003年3月至5月实施,为了防止因改造可能失败而带来的严重后果,,保留原两个调速器电气控制柜、外部元件及接线。新调速器电气控制柜因为安装位置的限制,全部安装在一个柜内。

改造后2号机调速器的各项性能指标基本满足要求,但存在以下问题:

(1)功率变送器精度不能达到标准,后改用原H V调速器功率变送器。

(2)电磁隔离模块线性度差,模拟量只有在程序中做线性化修改。

(3)电转信号波动较大,频率和幅值均不满足要求(12.5H z,0.13V),功放板输出高频信号谐波,查找近10天原因不明,只能用原H V功放板代替,使2号机组投入运行。

(4)触摸屏与P LC部分开关量状态不一致。

(5)触摸屏试验和参数修改功能未实现。

2.2　5号机调速器

5号机调速器2004年5月完成,改造后5号机调速器的各项性能指标基本满足要求,仍存在以下问题:

(1)导叶位置传感器的传动机构转动不灵活,发卡。

(2)电磁隔离模块线性度差,模拟量只有在程序中做线性化修改。

(3)触摸屏仍未实现试验和参数修改功能。

2.3　4号机调速器

4号机调速器2005年4月完成,改造后的4号机调速器的各项性能指标基本满足要求,但仍存在以下问题:

(1)触摸屏与监控系统的通信未正常实现。

(2)触摸屏上功能不够完善。

2.4　1号机调速器

1号机调速器2006年5月完成,改造后的1号机调速器的各项性能指标基本满足要求,触摸屏试验和参数修改功能完善,存在一块功放板输出谐波较大的问题。