水輪機(jī)調(diào)速器改造為步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)論述

　　針對(duì)XT-1000型調(diào)速器在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，保留了原有的液壓系統(tǒng)和接力器兩部分，采用以PLC為硬件主體的步進(jìn)電機(jī)式可偏程調(diào)速器對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

　　《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》(旬刊)國(guó)家一級(jí)學(xué)報(bào)，國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行，全國(guó)中文核心期刊。主要出版動(dòng)力和電力工程領(lǐng)域的新理論、新方法、新技術(shù)和新成果。主要服務(wù)對(duì)象是電力工業(yè)和電工制造領(lǐng)域的廣大科技工作者、高級(jí)工程技術(shù)人員和高等院校師生。

　　泉水水電廠始建于上世紀(jì)70年代，作為機(jī)組安全可靠運(yùn)行關(guān)鍵組成部分之一的機(jī)械液壓式調(diào)速機(jī)(XT-1000)生產(chǎn)于70年代，由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，目前存在著一定的缺陷和安全隱患，主要有以下幾個(gè)方面：1.由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)械元件的運(yùn)動(dòng)受運(yùn)動(dòng)間隙和摩擦力影響，因而調(diào)速器靈敏度較低，其死行程及轉(zhuǎn)速死區(qū)偏大，使機(jī)組不能快速整步并網(wǎng)，增加空載耗水量;2.受傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及慣性的影響，接力器不動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng);3.其調(diào)節(jié)參數(shù)在運(yùn)行過(guò)程中不能改變，這不適應(yīng)水電站自動(dòng)化生產(chǎn)的要求;4.在實(shí)際運(yùn)行中其還不便于自動(dòng)操作而且精密零件多，制造成本高，維修較困難。為此，我們對(duì)其進(jìn)行改造。

　　一、步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器簡(jiǎn)介

　　步進(jìn)電機(jī)可編程序控制器(PLC)型系列調(diào)速器是目前中小水電站水輪發(fā)電機(jī)組控制器使用的新一代先進(jìn)調(diào)速器，它由電腦調(diào)節(jié)器和步進(jìn)隨動(dòng)系統(tǒng)及油壓裝置三部分組成，電腦調(diào)節(jié)器采用可編程序控制器(ProgrammableLogicalContr011er以下簡(jiǎn)稱PLC)，步進(jìn)隨動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)直接控制主配壓閥的開關(guān)方式。步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形美觀、可靠性高、響應(yīng)速度快、易操作、易維護(hù)、易擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，能夠給用戶帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益。因此無(wú)論是新電站發(fā)電機(jī)組控制器使用的步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器，還是將舊的調(diào)速器改造為步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器，其優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)及安全可靠的保證都得到了廣大用戶的一致認(rèn)可和贊譽(yù)。

　　二、改造方案

　　將機(jī)械液壓式調(diào)速機(jī)(XT-1000)改造成步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器的內(nèi)容及方法步驟：

　　1.將原調(diào)速器的電氣控制柜(或機(jī)械控制柜)全部去掉，只保留了原有的液壓系統(tǒng)和接力器兩部分(即輔助接力器、主配壓閥、主接力器和油壓裝置)。

　　2.將原有調(diào)速器的電氣或機(jī)械控制部分更換為電腦控制器，其電腦控制器采用可編程控制器(PLC)，顯示和操作部分采用可視觸摸屏，調(diào)速器的顯示和所有操作過(guò)程均在可視觸摸屏內(nèi)完成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。其形象優(yōu)美、操作簡(jiǎn)捷、方便、準(zhǔn)確、可靠。

　　3.將原有調(diào)速器由菱形飛擺，來(lái)控制接力器行程的隨動(dòng)部分，可變?yōu)橄冗M(jìn)的數(shù)字驅(qū)動(dòng)模塊。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)接力器的行程，其機(jī)械部分采用集成板塊組合式結(jié)構(gòu)，可使得原來(lái)復(fù)雜的機(jī)械液壓部分變得非常簡(jiǎn)單，免除了調(diào)速器對(duì)油質(zhì)的要求，可使調(diào)速器能夠在最為惡劣的環(huán)境下保持安全可靠的自動(dòng)運(yùn)行，成為真正無(wú)憂型調(diào)速器。

　　三、更換為步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器的基本配置

　　為了使步進(jìn)電機(jī)PLC型系列水輪機(jī)調(diào)速器能夠高度可靠，運(yùn)行安全可靠。關(guān)鍵硬件引用當(dāng)前市場(chǎng)最高級(jí)配置，全部采用國(guó)外成熟的新技術(shù)，以此保證調(diào)速器的高可靠性和穩(wěn)定性，模塊化組合結(jié)構(gòu)，具有免維護(hù)品質(zhì)。

　　基本配置型號(hào)產(chǎn)地：

　　名稱 型號(hào) 產(chǎn)地

　　PLC(可編程序控制器) FX2N-48MT-001 日本三菱

　　A/D模塊 FX2N-4AD 日本三菱

　　脈沖發(fā)生器模塊 FX2N-1PG-E 日本三菱

　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 0EM-750 美國(guó)派克

　　步進(jìn)電機(jī) CH-9114 日本三洋

　　步進(jìn)電機(jī)編碼器 FX-EEPROM-8 日本三菱

　　觸摸屏(GOT) F930 日本三菱

　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源 S-350-48 臺(tái)灣

　　接線端子 WAOD-236 德國(guó)萬(wàn)可

　　四、主要技術(shù)性能

　　1.靜態(tài)特性曲線近似為一直線。

　　2.靜態(tài)特性曲線轉(zhuǎn)速死區(qū)ix≤O.08%(測(cè)至主接力器)。

　　3.水輪機(jī)突甩25%額定負(fù)荷后，接力器不動(dòng)時(shí)間不超過(guò)0.25S。

　　4.在機(jī)組的各種工況和運(yùn)行方式下能自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。

　　5.采用實(shí)時(shí)變結(jié)構(gòu)，變參數(shù)自適應(yīng)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)程序。

　　6.實(shí)時(shí)故障診斷報(bào)警及保護(hù)程序。

　　五、改造后的調(diào)速器具有的主要功能為

　　1.手動(dòng)功能：

　　具有機(jī)旁手動(dòng)開機(jī)、停機(jī)，增/減負(fù)荷功能。接受事故信號(hào)后，可自動(dòng)緊急停機(jī)。

　　2.自動(dòng)功能：

　　具有機(jī)旁或遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)開機(jī)、停機(jī)、調(diào)相、增/減負(fù)荷功能。自動(dòng)開機(jī)時(shí)可選擇機(jī)組頻率跟蹤網(wǎng)頻或頻率給定實(shí)現(xiàn)快速平滑并網(wǎng)。設(shè)有人機(jī)對(duì)話工具，采用全中文人機(jī)界面，更形象直觀地顯示各種參數(shù)，各種操作易學(xué)，易掌握，故障處理快速準(zhǔn)確。無(wú)沖擊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)兩種運(yùn)行方式下任意方向卻換。具有很強(qiáng)的自診斷功能，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)出報(bào)警，并顯示故障源及故障處理方法，同時(shí)采用相應(yīng)的安全措施。當(dāng)兩種電源同時(shí)消失時(shí)，自動(dòng)無(wú)沖擊轉(zhuǎn)換為手動(dòng)運(yùn)行方式。開機(jī)過(guò)程中，如機(jī)組頻率信號(hào)消失，自動(dòng)關(guān)機(jī)，以確保機(jī)組安全。具備各種傳感器信號(hào)故障時(shí)的保護(hù)功能，如機(jī)頻信號(hào)、網(wǎng)頻信號(hào)、水頭信號(hào)、絲杠及接力器位移信號(hào)消失時(shí)，保持機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)不變。當(dāng)水頭信號(hào)傳感器故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為人工水頭輸入，當(dāng)水頭信號(hào)恢復(fù)正常時(shí)，屏蔽人工輸入，接收傳感器信號(hào)，任意方向切換對(duì)機(jī)組無(wú)沖擊。能適應(yīng)多種通訊規(guī)約，與各種不同的上位機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，且進(jìn)網(wǎng)、退網(wǎng)時(shí)無(wú)沖擊。允許修改的參數(shù)均可實(shí)現(xiàn)修改，在手動(dòng)運(yùn)行方式進(jìn)行“寫參數(shù)”操作后，即永久有效。

　　3.容錯(cuò)及故障診斷功能。

　　4.輔助調(diào)試功能。

　　六、改造后的調(diào)速器具有的主要性能有

　　1.高可靠性：

　　關(guān)鍵硬件全部采用國(guó)外成熟的新技術(shù)，調(diào)整器電氣部分硬件部分可靠性有保障，MTBF達(dá)30萬(wàn)小時(shí)以上

　　2.易操作性：

　　由于觸摸屏的采用及全中文人機(jī)界面的引入，只要了解發(fā)電廠的運(yùn)行規(guī)程，即可在中文引導(dǎo)下完成對(duì)機(jī)組的各種控制操作。

　　3.易維護(hù)性

　　YPBT調(diào)整器中無(wú)易損件，電氣控制部分是免維護(hù)的。機(jī)械液壓系統(tǒng)中由于集成構(gòu)件的采用，使得結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，除需對(duì)配壓閥和接力器進(jìn)行長(zhǎng)期間隔的定期檢修外，平常亦無(wú)需維護(hù)，減輕了操作人員的檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高設(shè)備的可利用小時(shí)數(shù)。

　　4.可擴(kuò)展性

　　由于PLC的硬件采用功能模塊化結(jié)構(gòu)，如若干年后，對(duì)調(diào)速器進(jìn)行功能擴(kuò)展，只需增加必要的功能模塊就能夠?qū)崿F(xiàn)

　　5.安全保護(hù)性

　　由于YPBT調(diào)速器具有完善的容錯(cuò)及故障處理系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)中發(fā)生非致命性故障時(shí)，裝置仍可“容錯(cuò)”運(yùn)行，通過(guò)裝置的故障保持功能或改變運(yùn)行方式，在故障處理系統(tǒng)的指導(dǎo)下，維護(hù)人員可不停機(jī)進(jìn)行故障處理，提高機(jī)組的利用率。

　　七、結(jié)束語(yǔ)

　　將原有調(diào)速器控制部分拆除為起始，直到PLC型調(diào)速器安裝調(diào)試完畢并網(wǎng)發(fā)電為止，工期短，整個(gè)過(guò)程在3-5d內(nèi)全部完成。