水輪機調速器培訓教材(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 偏差相對值與接力器行程相對值的關系如圖21所示。 ( )Aby圖21 水輪機調節系統靜態特性圖21中：——機組頻率的相對值； ——機組頻率(Hz)。rgfx? 60pnfg?——額定頻率 =50Hz。 ——機組轉速的相對值；60rpnf rf frnx——機組轉速(r/min)； ——機組額定轉速(r/min)；——發電機極對數； ——接力器行程相對值；p MYy?——接力器行程(m)； ——接力器最大行程(m)。Y（1） 永態轉差系數 bp在圖21所示水輪機調節系統靜態特性曲線上，取某一規定點（例如，圖示中的A點） ，過該點作一切線，其切線斜率的負數就是該點的永態差值系數：4 （21）yfpdxb??對于圖21所示的靜態特性曲線，其對應的值為50b pHz（當額定頻率為f r=50Hz時） 。（2） 最大行程的永態差值系數 bs在圖21所示水輪機調節系統靜態特性曲線上，在規定的給定信號下，得出接力器在全關(y=0) 和全開(y=)位置的被控參量（頻率、轉速）的相對量之差，這個差值即為bs。顯然，對于一條曲形線的靜態特性線，選取不同的A點，會得到不同的b p值。但是，實踐證明，對選擇了合適接力器位移變送器的水輪機微機調速器來說，其靜態特性十分接近于一條直線。因此，在這種情況下，取b s作為b p。給定信號恒定時，被控參量的變化不起任何調節作用的兩個值間的最大區間，稱為死區，當被控參量為轉速時，即為轉速死區i x。其在靜態特性圖上的表述如圖22所示。0iyf1. 圖22 轉速死區i x(ef)和人工開度/功率死區Ey/p前面的分析討論都是在人工頻率死區Ef和人工開度/功率死區E y/p均為零的條件下進行的。這里將分析E f不等于零時微機調節器的靜態特性。圖23表示了這種情況下微機調節器的靜態特性，圖中曲線②表示出了E f=0的對照曲線。f c、f g和E f均以赫茲為單位 。 ① 人工頻率死區的 Ef≠0 的靜態特性為圖中的 ABGD 折線，AB 和 GD 段直線的斜率由永態系數 bp確定，BG 段是垂直橫軸的線段，其中點對應于頻率給定 fc。② 記 BG 線段的橫坐標為 y*，則圖中各特征頻率值如下： （22）???????)1(50*ybEffPfcDfAfcGB5DfGBDcAg(Hz)y01.* Ef① ≠ = f0162。218。圖23 Ef起作用時微機調節器的靜態特性 微機調速器動態特性采用PID調節器的調速器動態特性如圖24所示，若永態差值系數b p為零，則得到PID調節器輸出y PID對其輸入頻差Δf的傳遞函數為： (23)??????????STKSFsYvDIPPID1)( (24)II)(式中：YPID(S)——YPID的拉普拉斯變換；ΔF(S)——Δf的拉普拉斯變換。式中：等式右端的負號表示正的頻差信號對應于負的接力器開度偏差；T1v——微分環節時間常數Kp——比例增益，它是b p=0和K D=0的水輪機調節系統的接力器行程相對偏差y與階躍被控參量相對偏差x之比的負數；KI——積分增益(s 1)，它是b p=0的水輪機調節系統的接力器速度dy/dt與給定被控參數相對偏差之比的負數，即 ；xdtyI/??KD——微分增益(s)，它是b p=0、K p=0的水輪機調節系統的接力器行程相對偏差y與給定的被控參量相對變化率dx/dt之比的負數，即 。dtD/PID調節器對頻率階躍變化輸入Δx的響應，如圖24所示。直線段EB是積分的作用，延長EB與縱軸y交于D點，與橫軸交于A點，微分衰減段BF延長交于C點。① 比例作用體現在圖 24 所示的 OD 段所代表的值：OD=K pΔx=Y p OD在數值上等于比例系數K p與頻率階躍變化值x的乘積，記為比例分量Y p。② 微分作用。圖 24 所示曲線 OFB 是由于微分作用引起的分量，其最大值為 CD 線段的長度，它代表了微分作用的峰值。6 DMvYxTKC??1式中：Y DM——微分作用的最大輸出值。③ 積分作用。在圖 24 所示積分作用直線段 EB 上截取線段 HG，使其縱坐標差值 HI 在數值上等于頻率階躍變化值，即 Δy=Δx，則橫坐標差值 IKG1?IyΔ x0tD1vP /IΔFBΔ =Δ x/EH圖24 PID調節器的階躍輸入響應特性7第三章 微機調速器的工作狀態根據水輪機微機調速器對水輪發電機組的調節與控制情況，可將水輪機微機調速器的工作分成幾個狀態——停機等待(TJDD)、開機(KJ)、空載(KZ)、負載(FZ)、調相(TX)、甩負荷(SFH)和停機(TJ)。 停機等待(TJDD)狀態在這種狀態下，水輪機微機調速器控制水輪發電機組在停機狀態，當接收到電站二次回路或機組LCU的開機指令后，即轉至開機(KJ)過程。這時水輪機微機調速器的內部狀態為：電氣開度限制(L)為零值（全關） ，導葉接力器Yga=0（全關） ；對于雙調整（轉槳式或貫流式機組）調速器，槳葉接力器開至啟動開度值，Y ru=Yru0；在此狀態下，水輪機微機調速器不調用PID調節子程序；實時讀入水頭H、機組功率P g、接力器行程等信息；人機交互界面（數字顯示、發光二極管顯示、模擬指示儀表、觸摸屏、按鈕、開關等）均在正常工作狀態。 開機(KJ) 過程調速器在停機等待(TJDD)狀態，在無關機指令的情況下，一接收到開機指令，即進入開機(KJ)過程。圖31所示為現在廣泛采用的開機規律特性。 KJ2yA0t(L)ga211BC( )D39。gatruy圖31 微機調速器的開機特性① 設在 t=0 時接收到開機指令，則槳葉接力器（對于雙調整調速器）由啟動開度 Yru0按設定速度關閉到全關位置(Y ru=0)；② 導葉接力器開度 Yga和電氣開度限制 L 均同步開啟至第一開機開度 YKJ1（圖中 A 點） ；導葉接力器開度 Yga=YKJ1，并維持不動，經過一段延時 tAB，至 B 點（這時被控水輪發電機組的頻率可以被可靠地測量） ，開始測量機組頻率。一般取延時區段 tAB=5~15s。設機組頻率在圖中C點已連續1~2s大于45Hz，則將電氣開度限制L由Y KJ1關至Y KJ2，調速器投入PID調節，接力器在其控制下穩定于空載開度Y0，開機過程結束，并轉入空載(KZ)狀態。8在開機過程中，如果開機(KJ)過程中接收到停機指令，調速器將轉入停機(TJ)過程，最后進入停機等待(TJDD)狀態： 空載(KZ)狀態空載狀態可由下列狀態或過程轉換而來：① 開機(KJ)過程，機組頻率大于 45HZ；② 甩負荷(SFH)過程，電氣開度限制 L 減少至 YKJ2；③ 調相(TX)狀態，發電機出口油開關（以下簡稱為油開關）斷開。空載狀態可轉換成下列狀態或過程：① 油開關合，轉入負載(FZ)狀態；② 接收到停機指令，轉入停機(TJ)過程。空載(KZ)狀態下，微機調速器的工作情況：① PID 投入工作、機組頻率跟蹤網頻或停止跟蹤；② 電氣開度限制 L=YKJ2，但可手動增加或減少。 負載(FZ)狀態負載狀態可由下列狀態轉換而來：① 空載(KZ)狀態，油開關合上；② 調相(TX)狀態，調相指令解除。負載狀態可轉換成下列狀態或過程：① 油開關斷開，轉至甩負荷(SFH)過程；② 接收到調相指令，轉至調相(TX)狀態；③ 接收到停機指令，轉至停機(TJ)過程。負載(FZ)狀態下，微機調速器的工作情況：① PID 投入工作，可以在頻率調節、開度調節或功率調節模式下運行；② 由空載(KZ)轉來時，電氣開度限制 L 立即增大至全開或運行水頭下的最大值 LM，可手動增加或減少。 甩負荷(SFH)過程甩負荷狀態是在負載(FZ)狀態下，油開關斷開時轉換來的。進入本狀態后，首先使電氣開度限制L等于導葉接力器開度Y ga值，再以一定速度使L減小，當L=Y KJ2時，轉至空載(KZ)狀態。甩負荷過程中，若接收到停機指令，則轉至停機(TJ)過程。甩負荷過程中，PID投入工作、在頻率調節模式下運行。 調相(TX)狀態機組在負載(FZ)狀態下工作，接收到調相指令時，轉至調相狀態工作。調相指令解除時，導葉接力器將開啟至空載開度Y 0，轉至負載(FZ)狀態；接收到停機指令后，先轉入負載(FZ)狀態，再進入停機(TJ)過程。機組在調相狀態下，電氣開度限制L=0、開度給定Y c=0，且不能進行人工調整；PID投入工作、在頻率調節模式下運行。9 停機(TJ) 過程機組在各有關狀態或過程、接收到停機指令，均轉至停機過程。當電氣開度限制L和導葉接力器開度Yga均關閉至零值（全關）時，轉至停機等待(TJDD)狀態。在停機過程中，PID投入工作、在頻率調節模式下運行。一般的停機特性如圖32所示。 ru0yrtCByBgat0A圖32 微機調節器的停機特性① 導葉接力器開度 Yga的關閉過程以兩段關閉折線關閉至零值（全關） ，其拐點 B 可由程序設定，程序也可以方便地整定 AB 段和 BC 段的關閉速度；② 在導葉接力器按 ABC 折線運動時，槳葉接力器開度 Yru按協聯曲線規律朝關閉方向運動；當導葉接力器關閉至全關位置時，調速器進入停機等待(TJDD)狀態，槳葉接力器開啟至啟動開度 Yru0。微機調速器各狀態或過程的轉換關系如圖33所示。 停 機 等 待 TJD空 載KZ停 機 TJ開 機 調 相 X負 載 FZ甩 負 荷 SH油 開 關 分 油 開 關 合 調 相 令停 機 令開機令yga=0 f45z圖33 微機調速器工作狀態轉換圖10第四章 數字閥PCC智能調速器的特點及構成 主要特點(1)全新的控制理念。采用不同于常規PLC的新一代可編程計算機控制器 PCC，面向控制過程，采用高級語言編程，分析運算能力強，在同一CPU中能同時運行不同程序。(2)全PCC化，具有極高的可靠性。從輸入到輸出,從測頻到控制脈沖等各環節均實現了PCC化。PCC的平均無故障時間 MTBF高達50萬小時，即57年。遠遠高于常規PLC的平均無故障時間30萬小時。(3)任務的優點。在傳統PLC中，并行處理是靠程序掃描來完成的。但事實上多任務才是并行處理的邏輯表達式，更簡單直接的方法就是采用多任務技術。PCC恰恰可以滿足這種需求，當某一任務在等待時，其他任務仍可繼續執行，非其他常規PLC可以比擬。 (4)智能型調速器。 采用自適應式變結構，變參數并聯PID調節。 自動識別電網的性質，并自動適應電站的各種特殊運行方式，如孤網運行，及由大電網解列為小電網運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩定運行。 人性化設計，具有很強的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能。(5)采用PCC高速計數模塊(HSC)測頻。PCC高達4 MHz的計數頻率，具有很高的測頻精度和可靠性，從而使調速器的輸入通道－測頻環節的可靠性有了根本的保證。(6)由PCC實現信號綜合及控制脈沖的輸出。調節器的電氣開度（數字信號）和轉換為數字信號的接力器實際位移由PCC內部進行綜合比較，輸出控制脈沖信號，經功率放大后，直接驅動先導電磁閥。充分發揮了PCC多任務的功能。(7)聯網方便。 具有RS232或RS485通訊接口，可以方便地實現人機對話，及與上位機通訊，提高電站的自動化水平。(8)調節模式靈活。 可實現頻率調節，開度調節，功率調節，并可實現調節模式間的無擾動切換。(9)PCC的大內存，為智能型調速器提供了資源保證。 用戶內存：512KB EEPROM，100KB SRAM，系統內存：512KB EEPROM，遠大于常規 PLC 10KB左右的內存。(10) 采用電磁球閥作為電液轉換元件 。徹底解決了常規調速器電液轉換元件油污發卡的問題，濾油精度僅需100μm，使電站可以實現完全可靠的自動運行。(11)自動識別電網的性質，可以適應電站的各種特殊運行方式。 如孤網運行，及由大電網解列為小電網運行的突變負荷等特殊情況，均可保證機組穩定運行。(12)具有故障鎖錠的功能。 由于數字閥只有通/斷兩個狀態，且數字閥采用錐閥密封可以，所以，數字閥又具有液壓鎖的功能，因此該系列調速器在測頻信號消失及斷電等情況下，具有故障鎖錠的功能。(13)無杠桿結構。 該系列調速器采用了數字閥液壓隨動系統，自動時有電氣返饋，手動無需反饋，因此取消了杠桿，消除了因為杠桿造成的死區，提高了調速系統的精度，而且無明管路，結構簡單，美觀。(14)友好的人機界面。 采用觸摸屏做為人機界面，畫面美觀逼真，全中文顯示，操作方便，可以同時顯示很多信息。11(15)維護簡單調試方便。 由于PCC的高度集成化和高可靠性，對于運行維護人員沒有太高的特殊要求，調試只需設定有關數字，沒有太多的電位器等可調元件。(16)零擾動 手/自動 切換。 由于自動運行時， 電磁球閥每次動作后都處于失電狀態；而切斷電源即為手動 運行。 手動 運行時，電子調節器跟蹤接力器的實際開度。因此 數字閥調速器實現了零 擾動手 /自動切換。(17)靈活性和適應性強。觸摸屏上設有特殊功能選擇畫面，可根據電站的具體情況選擇所需功能。(18)槳葉隨動系統準確度高。對于ZFST系列調速器，采用數字協聯方式，且可現場修改協聯曲線并記憶修改后的數據，以便根據電站的實際條件按最優曲線運行. 主要功能ZFT/ZFST系列 數字閥 PCC可編程智能調速器具有自動、電手動、手動三種操作方式，且可無條件無擾動切換。具有很多功能，實用性智能性很強，除常規功能外具有如下主要功能。(1)空