2007/8/14 14:06:00
一．前 言
南阳市鸭河门水库第二水电站，1981年并网发电，装机容量为3X3400kW，三台调速器型号均为CT-40机械液压调速器，调速功2400Kgm，额定油压25kg／cm2。调速器作为自动控制最重要设备之一，直接关系着电站的综合自动化程度，由于CT—40调速器系机械调速器，其操作速度慢，调节灵敏度低，不能满足电站信息自动化改造的要求，况且本站引水管道较长，水流惯性时间常数较大，易引起较大的水击现象，改造比较适合使用微机型调速器。
为了贯彻执行水利部水电[2003]170号文件，加快推进农村水电现代化的步伐，鸭河口水库第二水电站于2006年4月完成了水电站微机综合自动化改造．
二．调速器改进方案比较
1．方案一，整体更换CT—40调速器
就是将CT—40调速器整体拆掉，更换为微机型调速器，而目前中小型微机调速器的成熟产品是以PLC为控制核心，步进电机代替电液转换器随动系统，触摸屏为人机界面，其代表产品如YPBT一3000型，BWT-3000型；而流行产品是PLC为控制核心，数字球阀和插装阀标准液压元件组成的电液随动系统，触摸屏为人机界面，其代表产品如(G)LYWT-3000型，SLT-3000型全数字微机调速器；新研制产品是以PCC为控制核心，步进电机或数字阀电液随动系统，触摸屏为人机界面，如YZBT—3000，ZFST型。
上述产品中PLC可编程序控制器均采用进口产品，其控制规律是自适应PID控制规律，除部分厂家的测频精度略有差别以外，其他功能基本相同，步进电机或数字阀电液随动系统各有优缺点，新研制产品PCC可编程计算机控制器，是一种分时多任务操作智能型调速器，其测频是靠PCC完成的，PCC高达6.3MHz的计数频率，具有很高的测频精度和可靠性，而PLC产品是靠独立的单片机完成的，其测量精度不如PCC。调速器油压部分，有高压取代低油压趋势。高油压使得调速器体积变小，重量轻，用油量更小，采用皮囊式高压氮气蓄能压力油罐，使油气隔离，因而油质不宜老化，氮气不宜漏失，运行中不需补气，可节省高压系统，高油压凋速器比较适合用在新建电站。
2．方案二，局部改造CT—40调速器
保留CT—40储油柜，压力油罐，油泵及主接力器，将原机械柜拆除，更换微机型控制柜(电气柜+机械电液随动系统，两柜合一。局部改造的优点在于凋速器整体不动，不需再拆除调速器基础，再重新埋地脚螺栓，不需进行调速器的水平及角度调整，从而减少不必要的麻烦，缩短了安装工期。
针对局部改造也有两种方案，其一采用PLC及步进电机型控制柜，该方案比较成熟，应用较多，已有CT—40改造实例；其二采用PLC及数字阀液压元件(数字球阀与插装阀)组成的控制系统柜；其三采用PCC为控制核心的控制柜，因其为新研制产品，其运行可靠性有待实际验证，此改进方案也未见报道。
3．采用局部改进(PLC及电液换向阀)方案
综上所述，根据本站实际情况，厂房宽敞，高压空压机巳更新，且担负着蝶阀油压装置的充气，选择高压调速器意义不大。
数字阀式电液换向阀控制接力器，其结构简单，使用标准液压元件少，其原理是当位置偏差大时，有电液换向阀(大阀)进行大流量输出，系统粗调，当位置偏差小时，转入小阀精密调节，紧急停机时，动作于事故阀；而数字阀与插装阀组合控制接力器方式结构原理相对复杂，不易掌握。为此，改造时保留油压装置和接力器不动，仍采用2.5MP油压，只改造原控制柜部分，采用PLC及数字阀式电液换向阀控制接力器型微机型控制柜，既可保证设备改造后安全可靠运行，又能确保设备的先进性，况且这样改造成本很低，一台大概可节约5万元左右。
三．微机控制柜的构成功能及原理
1．电气控制系统原理
(1)主要硬件包括：
PLC采用日本三菱的FX2n—32MT系列作控制主机，实现对整个系统的控制输出，监控操作，运算处理等功能；彩色触摸屏MT506S：触摸式图形显示操作终端，用于对调速系统的参数修改，现地操作和临视；A／D模块FX2n-4AD：采样现场的模拟量送PLC进行运算和控制；测频模块：测量发电机的TV送来机频信号和网频信号向PLC输入频率信号供PLC进行运算控制处理，其信号电缆应采用屏蔽电缆；通信模块：用FX2N一485BD通信模块作为与上位机的通讯接口，具有标准RS485串口，具有“四遥”功能；以实现电站计算机控制管理；电源模块：采用交直流同时供电方式；互为热备用。
(2)主要功能：
调节方式：可编程控制并联补偿自适用式PID调节；运行模式：频率调节、开度凋节、水位控制和功率调节等；操作方式：具有手动和自动两种操作方式；调节修定值：利用触摸屏可修改调整如下参数：永态转差系数bp，暂态转差系数bt，缓冲时间常数Td，加速时间常数Tn，频率死区，频率给定，电气开限，放大倍数，水头等。
2．机械液压随动系统(见图1)
机械液压随动部分采用进口的液压元件，它标准化程度高，性能稳定，实现模块化结构，无杠杆、无明管，安装维护方便，互换性能好。
(1)电液换向阀
4WE系列电液换向阀是以电磁阀作为先导控制，靠电磁铁通电吸合时产生的推力推动先导阀换向，控制油作用在主阀芯两端的任一端面上，驱动液动换向运动控制流体流向的开始、停止和换向。电液换向阀用于完成凋速器的调节功能和紧急停机操作，按下换向阀的关闭侧，即可以完成调速器的紧急关机操作。阀体材料具有足够硬度、耐磨，耐冲击复位能力强，电磁铁驱动力大，动作稳定可靠，对油质无特殊要求，抗污能力强，结构简单，工艺性好，可在31.5MPa工作压力下做高频率换向工作。
(2)手动控制阀
手动控制阀是实现接力器纯手动先导控制的组件，其功能足通过手柄的推／拉带动阀芯产生通／断动作，进而控制手动阀先导控制油口压力油的通／断，以控制主控阀液流产生相应通／断的动作，以实现液压手动操作凋速器的目的。
3．工作原理
当调速器自动运行时，接收到开机令后，按照预先设定好的开机规律开机。当网频测量正常时，调速器自动选择频率调节模式，PLC按照机频与网频的差值进行PID运算，为实现快速并网作好准备；当网频测量故障时，自动切换为开度调节模式，PLC按照机频与频率给定的差值进行PID运算。PLC根据电气开度和实际开度的差值输出脉宽凋制(PWM)信号，经功率放大后驱动电液换向阀，调节导叶开度，使机组自动运行于空载工况。并网后，如为并大电网运行，自动切换为开度调节模式。如为孤网运行，自动选择频率调节模式。通过上位机或触摸屏改变功率给定值，调节器经PI运算后，实现负荷凋节。接到停机令后，调速器自动将机组关机，完成停机过程。
四．改造中应注意的问题
1．电液换向阀与接力器的联接
标准液压件采用板式连接，取消明管连接，结构紧凑维护维修方便，改造中为了实现标准液压件与接力器的联结，首先厂方派技术人员到现场，实测调速器原主配压阀基座与接力器的联结螺栓大小及间距，随后有厂方加工一套联结过渡块(按设计有开停机进油孔，回油孔)，以达到标准液压件与接力器联结，原压力供油管采用高压橡皮管。
2．接力器反馈装置的装设
采用200mm级的滑动电位器，安置在油柜内，自制三角架的一端固定接力器内端盖螺栓上，通过接力器位移改变电位器电阻，把位移转换为电压信号输出，这样由接力器反馈电位器提供的反馈电压，通过反馈电路(测频调理板)对应于开度0～100％，电压为0～10V。
3．对外配线
调速器对外接线按端子排图进行配线，调速器油压装置二次回路连线不动。“开机”、“停机”、“并网”、“增加”、“减少”等是远方控制命令，此接点为无源接点；“紧急停机”是外部紧急停机令输入端子；“机频”、“网频”是机组频率、电网频率信号的输入端子。应使用屏蔽线自TV上接入机频、网频信号，并且屏蔽层应单边接地，以避免干扰；“AC220V”、“DC220V”是厂用交流电源和厂用直流电源的输入端子，须注意DC220V电源的正、负极与端子保持一致，否则会烧毁紧急停机电磁阀和继电器上的续流二极管，交直流电源应分开敷设。
五．改造效果