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摘 要：由于原调速器设备运行时间超长，器件老化、可靠性差，技术落后，无备品、备件，且自动化程度不高，已直接影响到本站的安全稳定运行，故根据其实际情况要求，对本站机组调速器进行更换改造。本文依据实际改造过程、新旧调速器系统对比及改造后可待改进部分进行探讨。
关键词：调速器；设备改造；设备详情
一、前言
1.水轮发电机组把水能转变为电能。用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。按我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz（赫兹），大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其容量的5%～10%；而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%～3%。电力系统负荷的不断变化，导致了系统频率的波动。因此，不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定转速（频率）的规定范围内，就是水轮机调节的基本任务。
2.水轮机调速器是水电站发电机组的重要辅助设备，与电站二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。水轮机调速器还可以与其它装置一起完成自动发电控制（AGC）、成组控制、按水位调节等任务。
3.调速器的基本作用是：
（l）能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。
（2）能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。
（3）当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。
二、新改造调速器基本原理和设备特性
概述
1.WBD（S）T系列水轮机调速器是由PCC控制器控制步进式电-位移伺服系统，带动液压随动系统，实现对水轮机的控制。可以实用在2.5Mpa、4.0Mpa、6.3Mpa油压系统，单、双调节水轮机。
2.步进式电-位移伺服系统采用可编程控制器PCC控制系统、数字式步进电机驱动器+步进电机、主接位移传感器反馈系统组成。液压随动系统采用引导阀、辅助接力器、主配压阀、主接力器组成。
3.装置采用新一代可编程PCC作为控制的硬件平台，配置中文液晶触摸控制屏，简单易懂的图形化用户程序，独特的四路高精度的可编程测频系统。可实现两路测频，互为备用，一路机组PT测频，与齿盘测频互为备用，监测机组频率；一路电网PT测频，监测电网频率。
主要特点
1.独特的变速控制方式，具有自动检测步进电机失步等故障诊断和处理功能。保证了整个系统的安全性和可靠性。
2.积木式安装结构，结构简单，操作方便。
3.采用大过油量主配，主配三阀盘等径，高硬度，小间隙，抗油污能力强。
4.采用无油电位移转换，抗油污能力强，“无”静态耗油。
5.采用梯形图和高级语言C混合编程，保留了程序易懂易读、修改方便、用户便于掌握的特点，同时，使用C语言编程，还具有易于实现复杂的数学运算、能提高控制精度等优点。
6.新一代32位可编程控制器PCC作为调速器控制平台，运算性能、可靠性能大大提高。
7.采用高精度可编程测频，可靠性高、线性度更好，精度更高，响应速度更快。
8.完全双电源，互为热备用。
9.使用中文液晶触摸屏，人机交互界面友好，显示信息量大。
1.PCC简介
可编程控制器是为工业现场控制而设计的，具有极高的可靠性，极强的抗干扰能力，能适应电厂内各种电磁干扰环境，其设计平均无故障时间（MTBF）不小于30万小时。PCC是更先进的32位可编程计算机控制器，它出自欧洲，是可编程控制器的发展，它在可编程控制器PLC可靠性高、逻辑控制方便的基础上，融合了工业控制计算机IPC强大的运算能力及高性能的浮点处理功能，是当前运用广泛，功能强大的可编程控制器之一。
PCC系列可编程采用模块化设计，模块可以带电插拔。编程语言遵循IEC 11313国际标准规定的5种编程语言，同时支持梯形图（LAD）、指令表（STL）、高级语言（类Pascal）、功能块，支持面向对象的程序设计（OOP）。存储容量是一般可编程控制器存储容量的10倍以上。我们利用PCC先进的分时多任务操作系统，把重要工作用高速任务处理，一般工作用普通任务处理，使CPU的资源合理分配。利用其高级语言，编制复杂算法，编成功能块，放入梯形图中，终结了梯形图不能做复杂的运算，这样大大提高了我们调速器的性能。我们开发的用户程序图形化，形象化，功能块之间用“导线”联接，加上接点开关条件，组成用户程序。用户上手快，程序维护方便。
2.高精度可编程测频
利用PCC控制器内部TPU模块的4MHz高速计数直接测频，使测频精度达到0.001Hz以上。避免了一般PLC因计数频率低而另用测频模块向可编程传递频率数据，同时也避免了数据传递过程中的延时和不稳定性。测频反应时间为20Ms。
使测频可靠性、实时性大大提高。用PCC直接测频，器件少、接线少、速度快、可靠性高、测频回路简洁，维护方便。
本调速器有四路测频，两路机频，一路网频。三路机频：一路为机组残压PT信号，另两路为齿盘信号。测频回路互为备用。正常运行时，残压测频经与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器测频使用。当残压测频故障或比较结果超出范围时，用齿盘测频信号供调速器测频使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。
为提高齿盘齿盘精度，齿盘测速设计为双传感器，用于消除由于大轴摆度和震动、以及齿盘加工精度的误差造成测频信号的精度下降。双传感器信号经过整形隔离后，同时送到PCC供测频使用。如图可知，两个传感器经过齿盘同一个边的时间差，只与齿盘旋转的线速度有关，而与齿盘的加工精度、摆动、振动无关，齿盘测频通过测量两个传感器的上升沿的时间，计算出频率，提高了齿盘测频的精度。 3.电源系统
调速器电源部分采用冗余结构，交流-直流220V双路供电，交流优先，互为热备用。当交直流任意一路故障时，能自动地无扰动切换至另一路电源供电。交流电源工作范围为220V -15%～+15% 47Hz～52Hz。直流电源工作范围为220V，-15%～+15%；交流电源输入配有隔离变压器。设计了电源监视回路，过压保护等，保证工作电源正常。调速器电源故障或消失时，调速器保持原开度不变，并保证紧急停机和机械手动可操作性。
电源监测：调速器弱电用PCC监测，出现故障，调速器切手动；调速器强电监测继电器监测，空接点输出到电柜端子上。
每套调速器配有以上电源各两块，用于可编程配套的外围器件，如传感器、步进电机等，电源进线端子保险为R054 4A。
三、新、旧调速器设备对比
1.原调速器采用WBST型步进式水轮机调速器，以日本三菱公司的高可靠性FX，可编程控制器为核心，同步进式电机组成电-位移伺服系统的新型水轮机调速器装置。装置包括电气和机械两部分。电气部分由可编程、智能测频模块、I/O模块、电源系统等组成。机械部分主要包括步进电机组成的电-位移机构、手操机构、连杆、支架等组成。
2.新调速器采用WBD（S）T系列水轮机调速器是由PCC控制器控制步进式电-位移伺服系统，带动液压随动系统，实现对水轮机的控制。
3.导叶传动部分
旧调速器主要由步进电机、驱动器、位移变换装置，位移传感器、杠杆、引导阀、主配压阀、紧急停机电磁配压阀、手操机构、开度指示机构、反馈杠杆及导向座等组成。其执行机构接受电柜控制信号，驱动步进电机旋转，再带动丝杆转动，丝杆将电机的转动变成直线位移，位移传感器将丝杆的位移信号送至电柜，进行比较判断。
新调速器主要由步进电机及驱动器、中位传感器、主配压阀、紧急停机电磁配压阀、主接位移传感器、齿盘接近开关等组成。其执行机构为电-液/电-机转换器，控制器输出特定的信号至主接位移传感器，以驱动主配压阀，操作接力器动作。主接位移传感器反馈信号量至电柜，进行比较判断。
4.新旧调速器对比
4.1传动部件
4.1.1旧调速器采用的杠杆式反馈传动装置，所需构造复杂。其导叶传感器易变位，致使导叶全关、全开位置变化。机组开机时影响机频过低，无法同期合机组出口开关；机组关机时转速下降缓慢，在要求时间内未关至导叶空载位置，致使关机流程退出，机组关机失败。
4.1.2新调速器采用导叶主接传感器反馈传动装置，结构简单，反馈灵敏准确。其安装在接力器拉杆部位，直接反应导叶行程，不易变位。
4.2人性化界面
旧调速器无触摸屏界面，其内部参数查询、设置需用调试笔记本联接PLC程序。新调速器采用的DOP系列触摸屏，操作简便，数据反应直观，并可以进行基础设置，在运行和维护的情况下，无需用调试笔记本联接PCC程序。
四、新调速器待改进问题
改造后的调速器还存在几方面有待改进的问题：
1.人机画面中的试验特性还不够完善，在调速器静特性试验、空载摆动试验、空载扰动试验方面不能完备的进行。并在甩负荷试验的数据滤波、数据结果方面有待开发。
2.紧急停机电磁阀辅助接点装置动作存在不可靠现象，其复归动作不到位，致使复归接点不动作，存在安全隐患。
3.在一次调频动作和全站机组AGC调节之间存在矛盾，互相干扰。影响一次调频的动作调整，影响机组AGC的响应时效。
参考文献：
[1]水轮机调速器技术规程
[2]长江三峡能事达电气WBD（S）T系列水轮调速器技术说明
关键词：调速器；设备改造；设备详情
一、前言
1.水轮发电机组把水能转变为电能。用户在用电过程中除要求供电安全可靠外，对电网电能质量也有十分严格的要求。按我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz（赫兹），大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其容量的5%～10%；而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%～3%。电力系统负荷的不断变化，导致了系统频率的波动。因此，不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定转速（频率）的规定范围内，就是水轮机调节的基本任务。
2.水轮机调速器是水电站发电机组的重要辅助设备，与电站二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。水轮机调速器还可以与其它装置一起完成自动发电控制（AGC）、成组控制、按水位调节等任务。
3.调速器的基本作用是：
（l）能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。
（2）能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。
（3）当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。
二、新改造调速器基本原理和设备特性
概述
1.WBD（S）T系列水轮机调速器是由PCC控制器控制步进式电-位移伺服系统，带动液压随动系统，实现对水轮机的控制。可以实用在2.5Mpa、4.0Mpa、6.3Mpa油压系统，单、双调节水轮机。
2.步进式电-位移伺服系统采用可编程控制器PCC控制系统、数字式步进电机驱动器+步进电机、主接位移传感器反馈系统组成。液压随动系统采用引导阀、辅助接力器、主配压阀、主接力器组成。
3.装置采用新一代可编程PCC作为控制的硬件平台，配置中文液晶触摸控制屏，简单易懂的图形化用户程序，独特的四路高精度的可编程测频系统。可实现两路测频，互为备用，一路机组PT测频，与齿盘测频互为备用，监测机组频率；一路电网PT测频，监测电网频率。
主要特点
1.独特的变速控制方式，具有自动检测步进电机失步等故障诊断和处理功能。保证了整个系统的安全性和可靠性。
2.积木式安装结构，结构简单，操作方便。
3.采用大过油量主配，主配三阀盘等径，高硬度，小间隙，抗油污能力强。
4.采用无油电位移转换，抗油污能力强，“无”静态耗油。
5.采用梯形图和高级语言C混合编程，保留了程序易懂易读、修改方便、用户便于掌握的特点，同时，使用C语言编程，还具有易于实现复杂的数学运算、能提高控制精度等优点。
6.新一代32位可编程控制器PCC作为调速器控制平台，运算性能、可靠性能大大提高。
7.采用高精度可编程测频，可靠性高、线性度更好，精度更高，响应速度更快。
8.完全双电源，互为热备用。
9.使用中文液晶触摸屏，人机交互界面友好，显示信息量大。
1.PCC简介
可编程控制器是为工业现场控制而设计的，具有极高的可靠性，极强的抗干扰能力，能适应电厂内各种电磁干扰环境，其设计平均无故障时间（MTBF）不小于30万小时。PCC是更先进的32位可编程计算机控制器，它出自欧洲，是可编程控制器的发展，它在可编程控制器PLC可靠性高、逻辑控制方便的基础上，融合了工业控制计算机IPC强大的运算能力及高性能的浮点处理功能，是当前运用广泛，功能强大的可编程控制器之一。
PCC系列可编程采用模块化设计，模块可以带电插拔。编程语言遵循IEC 11313国际标准规定的5种编程语言，同时支持梯形图（LAD）、指令表（STL）、高级语言（类Pascal）、功能块，支持面向对象的程序设计（OOP）。存储容量是一般可编程控制器存储容量的10倍以上。我们利用PCC先进的分时多任务操作系统，把重要工作用高速任务处理，一般工作用普通任务处理，使CPU的资源合理分配。利用其高级语言，编制复杂算法，编成功能块，放入梯形图中，终结了梯形图不能做复杂的运算，这样大大提高了我们调速器的性能。我们开发的用户程序图形化，形象化，功能块之间用“导线”联接，加上接点开关条件，组成用户程序。用户上手快，程序维护方便。
2.高精度可编程测频
利用PCC控制器内部TPU模块的4MHz高速计数直接测频，使测频精度达到0.001Hz以上。避免了一般PLC因计数频率低而另用测频模块向可编程传递频率数据，同时也避免了数据传递过程中的延时和不稳定性。测频反应时间为20Ms。
使测频可靠性、实时性大大提高。用PCC直接测频，器件少、接线少、速度快、可靠性高、测频回路简洁，维护方便。
本调速器有四路测频，两路机频，一路网频。三路机频：一路为机组残压PT信号，另两路为齿盘信号。测频回路互为备用。正常运行时，残压测频经与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器测频使用。当残压测频故障或比较结果超出范围时，用齿盘测频信号供调速器测频使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。
为提高齿盘齿盘精度，齿盘测速设计为双传感器，用于消除由于大轴摆度和震动、以及齿盘加工精度的误差造成测频信号的精度下降。双传感器信号经过整形隔离后，同时送到PCC供测频使用。如图可知，两个传感器经过齿盘同一个边的时间差，只与齿盘旋转的线速度有关，而与齿盘的加工精度、摆动、振动无关，齿盘测频通过测量两个传感器的上升沿的时间，计算出频率，提高了齿盘测频的精度。 3.电源系统
调速器电源部分采用冗余结构，交流-直流220V双路供电，交流优先，互为热备用。当交直流任意一路故障时，能自动地无扰动切换至另一路电源供电。交流电源工作范围为220V -15%～+15% 47Hz～52Hz。直流电源工作范围为220V，-15%～+15%；交流电源输入配有隔离变压器。设计了电源监视回路，过压保护等，保证工作电源正常。调速器电源故障或消失时，调速器保持原开度不变，并保证紧急停机和机械手动可操作性。
电源监测：调速器弱电用PCC监测，出现故障，调速器切手动；调速器强电监测继电器监测，空接点输出到电柜端子上。
每套调速器配有以上电源各两块，用于可编程配套的外围器件，如传感器、步进电机等，电源进线端子保险为R054 4A。
三、新、旧调速器设备对比
1.原调速器采用WBST型步进式水轮机调速器，以日本三菱公司的高可靠性FX，可编程控制器为核心，同步进式电机组成电-位移伺服系统的新型水轮机调速器装置。装置包括电气和机械两部分。电气部分由可编程、智能测频模块、I/O模块、电源系统等组成。机械部分主要包括步进电机组成的电-位移机构、手操机构、连杆、支架等组成。
2.新调速器采用WBD（S）T系列水轮机调速器是由PCC控制器控制步进式电-位移伺服系统，带动液压随动系统，实现对水轮机的控制。
3.导叶传动部分
旧调速器主要由步进电机、驱动器、位移变换装置，位移传感器、杠杆、引导阀、主配压阀、紧急停机电磁配压阀、手操机构、开度指示机构、反馈杠杆及导向座等组成。其执行机构接受电柜控制信号，驱动步进电机旋转，再带动丝杆转动，丝杆将电机的转动变成直线位移，位移传感器将丝杆的位移信号送至电柜，进行比较判断。
新调速器主要由步进电机及驱动器、中位传感器、主配压阀、紧急停机电磁配压阀、主接位移传感器、齿盘接近开关等组成。其执行机构为电-液/电-机转换器，控制器输出特定的信号至主接位移传感器，以驱动主配压阀，操作接力器动作。主接位移传感器反馈信号量至电柜，进行比较判断。
4.新旧调速器对比
4.1传动部件
4.1.1旧调速器采用的杠杆式反馈传动装置，所需构造复杂。其导叶传感器易变位，致使导叶全关、全开位置变化。机组开机时影响机频过低，无法同期合机组出口开关；机组关机时转速下降缓慢，在要求时间内未关至导叶空载位置，致使关机流程退出，机组关机失败。
4.1.2新调速器采用导叶主接传感器反馈传动装置，结构简单，反馈灵敏准确。其安装在接力器拉杆部位，直接反应导叶行程，不易变位。
4.2人性化界面
旧调速器无触摸屏界面，其内部参数查询、设置需用调试笔记本联接PLC程序。新调速器采用的DOP系列触摸屏，操作简便，数据反应直观，并可以进行基础设置，在运行和维护的情况下，无需用调试笔记本联接PCC程序。
四、新调速器待改进问题
改造后的调速器还存在几方面有待改进的问题：
1.人机画面中的试验特性还不够完善，在调速器静特性试验、空载摆动试验、空载扰动试验方面不能完备的进行。并在甩负荷试验的数据滤波、数据结果方面有待开发。
2.紧急停机电磁阀辅助接点装置动作存在不可靠现象，其复归动作不到位，致使复归接点不动作，存在安全隐患。
3.在一次调频动作和全站机组AGC调节之间存在矛盾，互相干扰。影响一次调频的动作调整，影响机组AGC的响应时效。
参考文献：
[1]水轮机调速器技术规程
[2]长江三峡能事达电气WBD（S）T系列水轮调速器技术说明