可编程控制器调速器的现场试验.pdf

小水电 2 0 1 0 年第 1 期 总第 1 5 1 期 技术交流 可编程控制器调速器 的现场试验 陈松建 松 阳县 东坞水库管理处 浙江松阳 3 2 3 4 0 0 水轮机调速器是水 电站水轮机组的重要辅助设 备，它与电站计算机监控系统相配合 ，完成水轮发 电机组的 自动发电控制 A G C 。1 9 9 3年可 编程 控 制器 液压 调速器的推出及在国内外各种水 电站 的成功投运 ，使得可编程控制器调速器成为我 国当 前的主导产 品。可编程控 制器调速器 简称 P L C型 调速器 ，其硬件可靠性高 、抗干扰能力强 、编程方 便 ，有 良好 的扩展性及齐全的外部通讯接 口。软件 上采用 P I D算法 ，反应灵敏 、调节迅速 、稳定。由 于水轮机组是调速器的直接控制对象 ，故调速器的 现场试验直接关 系到水 电站的稳定和经济运行 。 2 0 0 7 年我 国对 G B ／ T 9 6 5 2 ． 2 1 9 9 7 水轮机调 速器与油压装置实验验收规程进行了修订 ，采用 _『I E C 6 0 3 0 8 水轮机控 制 系统 中的一 些主要 内 容 ，并结合我国多年水 电建设 的实践编制 了 G B ／ T 9 6 5 2 ． 2 2 0 0 7 水轮机控制系统实验 。 根据 G B ／ T 9 6 5 2 ． 2 2 0 o 7 ，可编程控制 器调速 器的现场试验可分为无水状态下 的静态试验和充水 状态下的动态试验 两大部 分。试验 技术条 件按照 G B ／ T 9 6 5 2 ． 1 2 0 0 7 水轮机控制系统技术条件 。 1 无水状态下的静态及故障容错试验 主要检查调速器 的故 障处理功能 ，静 态特性 ， 转速死区。 1 开停机 时间调整 ，故障容错试验 开停机时间调整方法 根据调保参数 ，调整液 压阀组 ，整定开停机时间。 故障容错试验方法 采用 H G 8 6仿真测试仪模 拟水轮机机频故障 ，反馈故障 ，并由电站二次回路 I IA “ 控 系统发出 紧急停机等信号 、检查调速器动 作及容错功能是否正常。 2 静态特性试验 日的 检测调速系统静态品质。 方法 采用 H G 8 6仿真 测试仪模拟 水轮机 组 ， 将机组 开至空转进行 静态特性试 验。取 T 0 S 、 T I 1 S 、B 5 ％，B 6 ％。记录频率 升高和降 低 2条静特性曲线 。每条 曲线在接力器行程 5 ％ ～ 9 5 ％范 围内，测点不少 于 1 2点。2条 曲线 间最大 死 区为转速死 区 ， 。主接力 器 的转速死 区和在水 轮机静止及输入转速信号恒定的条件下接力器摆动 值不超过下表规定 见表 1 。 表 1 转速死 区和接 力器摆动值 转速死 区 ， ％ 0 ． 0 2 0 ． 0 6 0 ． 1 0 0 ． 1 8 0 ． 2 0 接 力器摆动值 ％0 ． 1 0 ． 2 5 0 ． 4 0 ． 7 5 0 ． 8 2 充水试验 2 ． 1 P I D控 制 原理 由于充水 试验涉及 到 P I D调节 ，故简要说 明 P I D控制原理 见图 1 。 比例 f g f c ye 图 1 微机调速器 的 P I D原理结构 △ F S 为频差 的拉普拉斯变 换。由图 1 可得如下 的传递函数 j Y 5 1 S v S ’ 一 奈 一 ’ 若忽略数值很小 的 T 和 v ，取 b 0 ，得 一 c 志 十 一T nA F b T b T S b ㈩ 一 一 t d 十 t d 1- t d 2 7 技术交流 又因 P I D调节器输出 y P J D 对其输入频差 的 传递函数为 一 K P 1 蔫 一 K P K I K D s 取 T 1 v 0 2 比较式 1 和式 2 可得 ， K I - 鲁 。 P I D调节方法 从小到大顺序查 ，先是 比例后 积分 ，最后再把微分加上 ，曲线振荡很频繁 ，比例 度盘要放大 ，曲线漂浮绕大湾 ，比例度盘往小扳， 曲线偏离回复慢 ，积分时问往下降 ，曲线波动周期 长 ，积分时间再加长 ，曲线振荡频率快 ，先把微分 降下来 ，动差大来波动慢 ，微分时间应加长 ，理想 曲线两个波 ，前高后低 4比 1 。 2 ． 2试 验 1 空载摆动 充水后开启水轮机组至空载状态，在空载工况 自动运行时，施加 1 个阶跃型转速信号，观察过渡 过程，以便选择调速器的运行参数。待稳定后记录 转速摆动相对值 ，对大型电调不超过 0 ． 1 5 ％，对 中、小型调速器不超过 0 ． 2 5 ％，特小型调速器不 超过 0 ． 3 0 ％。如果机组手动空载摆动相对值大于 规定值 ，其 自动空载转速摆动相对值不得大于对应 手动空载转速摆动相对值 水轮发电机组在手动空 载工况运行时，其转速摆动值对于大型调速器不超 过 0 ． 2 ％；对 中、小型和特小型调速器均不超过 0． 3 0％ 。 图 2为截取 的 1 段机组频 率摆动 曲线 见 图 2 ，此曲线 T 0 ． 2 s ，T d 1 5 s ，B 3 5 ％。观察 曲线超调量较大，偏 离5 0 H z 较大 ，且 曲线震荡频 繁。根据 P I D调节方法 ，将积分与微分项减小 ，依 公式增大 将有 比较好 的效果 ，故将 B 加大至 4 5 ％ 见 图 3 1 _ 5 0 ． 5 0 ． 50 ． 50 ． 哇 9 ． 4 9 ． 4 9 ． 4 9 ． 麟 锯 他 ／ 一 ～ V J U ～7 2 8 图 2 1段机组频率摆动曲线 S MAL L HYDRO P OWER 2 0l ONo l， T o t a l No l 5 1 5 0 ． 2 0 5 0 ． 1 0 5 0 ． D O d 9 ． 9 0 4 9 ． 舶 4 9 ． 7 0 ＼ 、 氐 争 一 v ’ ’ ● ● ● i t 图 3 调整后的机组频率摆动曲线 2 空 载扰动 开启 水 轮机 组 至 空 载状 态 ，分 别 设 定 4 8～ 5 2 H z 与 5 2 ～4 8 H z l [J 4 H z 的扰动量进行试验 ，调节 P I D参数 ，使机组的扰动超调量小于 3 0 ％，调节时 间在4 0 s 内，且波峰 、波谷不得大于 2次。 空载扰动完成后如果 P I D参数改变 ，需要再进 行空载摆动试验 ，选取最优化参数以保证空载扰动 及空载摆动都能有比较好的效果。 在 G B ／ T 9 6 5 2 ． 1 2 0 0 7 水轮机控制系统技术 条件中不再硬性规定扰动试验 ，在此提及只为工 程人员现场据此试验调试时陕速合理地选择 P I D参 数提供参考。 3 甩负荷试验 为了 安 全 起 见 甩 负 荷 通 常 做 2 5 ％、5 0 ％、 7 5 ％、1 0 0 ％由低到高进行。让机组带上指定 的负 荷 ，由中控室操作 跳机组 出口断路器 ，采用 H G 8 6 仿真测试仪记录机组频率及导叶开度 曲线。甩负荷 试验要保证甩 1 0 0 ％额定负荷后 ，在转速变化过程 中，超过稳态转速 3 ％额定转速值以上的波峰不超 过 2次。从机组甩负荷时起 ，到机组转速相对偏差 小于 1 ％为止的调节时间 与从甩负荷开始至转 速升至最高转速所经历 的时间 的比值 ，对 中、 低水头反击式水轮机不大于 8 ，桨叶关 闭时间较长 的轴流转桨式水 轮机不大于 1 2 ；对高水头冲击式 水轮机该冲击式水轮机应不大于 1 5 ；对从电网解列 后给电厂供电的机组 ，甩负荷后机组 的相对转速不 低于 0 ． 9 投入浪涌控制及导叶关闭时间较长的贯流 式机组除外 。转速或指令信号按规定形式变化 ，接 力器不动时间对电调不大于0 ． 2 S ，机调不大于0 ． 3 S 。 3 结语 随着水 电站 自动化程度的不断提高 ，对调速器 lI勺 可靠性和功能提出了更高的要求。根据不同的电 站情况，合理地安排实验程序，并通过科学的试验 方法 ，现场试验确定最优配置参数是至关重要 的。 ■ 陈松建 1 9 7 2 一 ，男，工程师，主要从事水利水电工 程技术管理工作 。 责任编辑吴昊