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广西兴唐科技有限责任公司 530007
【摘 要】调速器是水力发电厂的重要基础控制设备。现在电力系统要求它既要维护发电机机组频率恒定和进行有力调节外，还必须保证电力系统的动态和暂态稳定。它与电站二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电组的开机、停机、增/减负荷、频率调整、紧急停机等任务；并可和其他装置一起完成自动发电控制、开度调节、水位调节等任务，其可靠性和调节品质已能够满足电厂“无人值班、少人值守”的要求。微机调速器系统的应用能使电站发供电更加安全、可靠、优质、经济，而且操作维护简单。本文介绍了微机调速器主要特点功能、结构原理、调试运行、运行性能及在水电站的应用
【关键词】微机调速器；工作原理；电厂应用；优缺点
一、概述：
衡量电能质量的一个重要指标是频率，保证电力系统的频率合乎标准是水力发电厂调速器调节任务之一。随著水电开发日渐增加，大中型水电厂在国内各大河流达到饱和状态，大中型微机调速器也跟着更新换代从原始的机械杠杆型到可编程微机型调速器。目前在國内大中型电厂泛使用着步进式和比例阀式可编程微机调速器，为满足现代工业生产所需电量，开发高水头、小流量、小装机容量的电厂是当前发展的趋势。传统的步进式微机调速应用到这类电厂中出现设备问题很多，调节迟缓，日常维护频次增加，研发一种解决这类故障的调速器是势在必行——于是数字微机调速器问世。
二、微机调速器系统特点和功能
微机调速器，是基于频率PID、功率PI调节规律的数字式微机控制、残压测频的电液调速器。采用可靠性高的可编程控制器为核心控制及自动补气方式的调速器。调速系统总体结构采用组合式油压装置、机械、电气合柜方式，同时采用双电机双油泵供油，互为热备用，并配有一组储能器，作为调速器的油源系统。采用PLC作为主控制器，触摸屏作为人机界面，操作直观方便，控制精确稳定，调速器能远方自动遥控和现地手动控制，与电站计算机监控系统有良好的接口，接受控制并向监控系统输出有关信息。微机调速器具有调节规律（具有比例、积分、微分PID的调节规律，功率可采用PI调节，速度采用PID调节）、变参数调节功能、开机过程控制、无扰动切换、导叶开导限制、电手动操作机构、人工频率失灵区、频率跟踪、与电站计算机监控系统的接口、在线故障自诊断及故障处理功能、离线诊断功能、故障保护等功能。
三、小型数字微机调速器工作原理和系统零部件
微机调速器与电站计算机监控系统相配合，完成水轮发电机的开机，停机，增减负荷，紧急停机任务。并与其它装置一起完成自动发电控制，成套控制，按水位调节等任务。采用了现代液压技术，由高速开关阀（数字阀）组件实现先导级的液压控制，由逻辑控制阀组件+功率集成阀直接驱动接力器，结构更简单，可靠性更高。同时进行元件—组件—回路的多层次组合与优化设计，进而实现调速器的所有功能。微机调速器包括电气控制部分、机械液压随动系统、油压装置等其它附件。
主要零部件有：①球座式电磁阀：即电磁球阀，简称球阀，是一种开关式液压控制元件，用开启截止两种状态的切换来控制液流方向和流量，自动工况，它是由电气输出的脉冲信号控制的，手动工况则是通过手动按钮控制，与普通伺服阀相比该阀无零位搭叠，切换时间短，频率响应高。②紧急停机电磁阀③夜动换向阀④节流阀：通过旋转调节螺钉，可以方便调整接力器开、关机时间。⑤滤油器⑥主接力器：在球阀的控制下可以往复运行，经传动机构带动导叶开关。
四、小型数字微机调速器在电厂现场调试与运行
1、调速系统安装试验
（1）油泵试验：油泵安装后进行油泵试验。在空载下运行1h，然后分别在25%、50%、75%额定油压下运行15min，再在额定油压下运行1h，油泵运转平稳，输油量大于设计规定值，手、自动切换及自动控切动作符合要求。
（2）自动补气装置及油位、压力信号装置动作试验：自动补气装置及油位、压力信号装置动作试验正确、可靠。自动补气量符合设计要求。
（3）调速系统试验：调速系统安装完毕后在无水状态下与导叶接力器、导水机构一起进行现场调整试验，并录制导叶接力器行程与导叶开度关系曲线，检查导叶的压紧行程，以及进行调速器的试验，试验按照技术协议、GB/T9652.2等有关标准规定，以确信调速系统以及导水叶机构满足技术规范的性能要求。进行了以下试验：绝缘试验、功能操作试验、输出整定特性试验、PID特性实验、电源特性及交直流电源切换试验、空载试验、甩负荷试验、通信协议。试验项目包括紧急停机与复试验、手/自动切换试验、开机、并网、调相、甩负何、停机模拟试验、最大出力限制线与起动开度校核试验、调节模式切换试验、电源消失试验、事故与故障信号试验、静特性试验、步进式电液转换器静特性试验。
（4）控制、操作、保护、和指示装置均进行模拟试验，动作准确可靠。
2、调速系统试运行
（1）检查、调试和起动：要求静态试验中所有临时接线均恢复正常，机组在纯机械手动方式下充水起动正常。进行充水后试验项目有手动开机、停机试验；自动开机、停机试验‘空载扰动试验；空载频率摆动实验；带负荷试验；甩负荷试验；紧急停机试验。
（2）进行机组带各种负荷试验。
（3）72h试运行，确认机组已正确安装、调试完好，并在连续运行条件下能安全、正常地运行。试运持续时间为72h。
3、考核运行
在72h试运行后再进行连续30天的考核运行。全部试验完毕，试验项目、试验目的、测量仪表的检定和测定、试验程序、测量结果、试验表格、计算实例、计算过程使用的各种曲线，全部测量结果总汇，最终成果的修正和调整。
五、微机调速器应用中存在的优缺点
数字微机调速器相比传统的步进式、比例阀式调速器有以下主要特点： （1）它采用標准的电磁球阀构成了直接数字控制的电液转换接口，实现了整个系统数字化，大大提高了液压系统的抗油污能力。
（2）机械液压系统全部采用标准阀构件提高了整个系统标准化程度，调试检修，维护简便，实现了机械系统的免维护。
（3）系统结构上采用集成化设计，取消了常规中小型调速器的引导阀、辅助接力器，主配压阀，杠杆等所有中间结构，系统无明管，无杆件简化环节，可靠性提高，调速器的速动性好控制精度高。
（4）双油路均采用液压锁回路，接力器无零点漂移现象。
（5）静态无油耗，减小了调速器系统的油耗及能耗。
（6）油压装置采用高压齿轮泵及蓄能式，不仅可以提供10～16MPa高压力源且体积较小，取消了传统的压缩空气罐供能。
比例阀式微机调速器的机械液压系统实现了用阀组进行电液转换、放大，推动水轮发电机组的导水机构，系统虽简化，但也有不足的地方：
（1）执行电液转换的阀组由于要克服卡涩、漂移和调节要求，不停进行动作，阀芯频繁磨损，造成阀组的使用寿命减短，随着阀芯的磨损，阀组的阀芯与衬套的配合间隙增大、压力腔漏油增大，调节精准度下降，调节次数和频率加大，阀芯磨损会进一步加剧。
（2）阀组的遮程设计要科学、严谨、合理，遮程过小，调速器速动性较好，但阀芯封油效果不佳，压力腔油压损失大，阀组动作频繁，稳定性不好；遮程过大，调速器稳定性较好、阀组工作可靠，但造成调速系统死区较大，调节精准度下降，速动性偏差。
六、结语
水电站的调速器作为重要控制设备，调速器有计算机接口与后台机进行接，通过网络传输实得远方操作，并提供调速器现地操作和监视界面，能很好地维持进水能量与输出电能之间的平衡。为满足电力系统不断提高的电能质量要求，并随着集成电路的高速发展，调节运行方式逐步由软件实现，为优质发供电打下了坚实的基础
参考文献：
[1]魏守平，卢本捷.水轮机调速器的PID调节规律[J].水力发电学报，2003（04）.
[2]潘熙和，周国斌.水轮机可编程调速器若干问题研究[J].长江科学院院报，2001（01）.
[3]高杜生，张玲霞.可靠性理论与工程应用[M].北京：国防工业出版社，2002.
[4]叶鲁卿.水力发电过程控制理论[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.
【摘 要】调速器是水力发电厂的重要基础控制设备。现在电力系统要求它既要维护发电机机组频率恒定和进行有力调节外，还必须保证电力系统的动态和暂态稳定。它与电站二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电组的开机、停机、增/减负荷、频率调整、紧急停机等任务；并可和其他装置一起完成自动发电控制、开度调节、水位调节等任务，其可靠性和调节品质已能够满足电厂“无人值班、少人值守”的要求。微机调速器系统的应用能使电站发供电更加安全、可靠、优质、经济，而且操作维护简单。本文介绍了微机调速器主要特点功能、结构原理、调试运行、运行性能及在水电站的应用
【关键词】微机调速器；工作原理；电厂应用；优缺点
一、概述：
衡量电能质量的一个重要指标是频率，保证电力系统的频率合乎标准是水力发电厂调速器调节任务之一。随著水电开发日渐增加，大中型水电厂在国内各大河流达到饱和状态，大中型微机调速器也跟着更新换代从原始的机械杠杆型到可编程微机型调速器。目前在國内大中型电厂泛使用着步进式和比例阀式可编程微机调速器，为满足现代工业生产所需电量，开发高水头、小流量、小装机容量的电厂是当前发展的趋势。传统的步进式微机调速应用到这类电厂中出现设备问题很多，调节迟缓，日常维护频次增加，研发一种解决这类故障的调速器是势在必行——于是数字微机调速器问世。
二、微机调速器系统特点和功能
微机调速器，是基于频率PID、功率PI调节规律的数字式微机控制、残压测频的电液调速器。采用可靠性高的可编程控制器为核心控制及自动补气方式的调速器。调速系统总体结构采用组合式油压装置、机械、电气合柜方式，同时采用双电机双油泵供油，互为热备用，并配有一组储能器，作为调速器的油源系统。采用PLC作为主控制器，触摸屏作为人机界面，操作直观方便，控制精确稳定，调速器能远方自动遥控和现地手动控制，与电站计算机监控系统有良好的接口，接受控制并向监控系统输出有关信息。微机调速器具有调节规律（具有比例、积分、微分PID的调节规律，功率可采用PI调节，速度采用PID调节）、变参数调节功能、开机过程控制、无扰动切换、导叶开导限制、电手动操作机构、人工频率失灵区、频率跟踪、与电站计算机监控系统的接口、在线故障自诊断及故障处理功能、离线诊断功能、故障保护等功能。
三、小型数字微机调速器工作原理和系统零部件
微机调速器与电站计算机监控系统相配合，完成水轮发电机的开机，停机，增减负荷，紧急停机任务。并与其它装置一起完成自动发电控制，成套控制，按水位调节等任务。采用了现代液压技术，由高速开关阀（数字阀）组件实现先导级的液压控制，由逻辑控制阀组件+功率集成阀直接驱动接力器，结构更简单，可靠性更高。同时进行元件—组件—回路的多层次组合与优化设计，进而实现调速器的所有功能。微机调速器包括电气控制部分、机械液压随动系统、油压装置等其它附件。
主要零部件有：①球座式电磁阀：即电磁球阀，简称球阀，是一种开关式液压控制元件，用开启截止两种状态的切换来控制液流方向和流量，自动工况，它是由电气输出的脉冲信号控制的，手动工况则是通过手动按钮控制，与普通伺服阀相比该阀无零位搭叠，切换时间短，频率响应高。②紧急停机电磁阀③夜动换向阀④节流阀：通过旋转调节螺钉，可以方便调整接力器开、关机时间。⑤滤油器⑥主接力器：在球阀的控制下可以往复运行，经传动机构带动导叶开关。
四、小型数字微机调速器在电厂现场调试与运行
1、调速系统安装试验
（1）油泵试验：油泵安装后进行油泵试验。在空载下运行1h，然后分别在25%、50%、75%额定油压下运行15min，再在额定油压下运行1h，油泵运转平稳，输油量大于设计规定值，手、自动切换及自动控切动作符合要求。
（2）自动补气装置及油位、压力信号装置动作试验：自动补气装置及油位、压力信号装置动作试验正确、可靠。自动补气量符合设计要求。
（3）调速系统试验：调速系统安装完毕后在无水状态下与导叶接力器、导水机构一起进行现场调整试验，并录制导叶接力器行程与导叶开度关系曲线，检查导叶的压紧行程，以及进行调速器的试验，试验按照技术协议、GB/T9652.2等有关标准规定，以确信调速系统以及导水叶机构满足技术规范的性能要求。进行了以下试验：绝缘试验、功能操作试验、输出整定特性试验、PID特性实验、电源特性及交直流电源切换试验、空载试验、甩负荷试验、通信协议。试验项目包括紧急停机与复试验、手/自动切换试验、开机、并网、调相、甩负何、停机模拟试验、最大出力限制线与起动开度校核试验、调节模式切换试验、电源消失试验、事故与故障信号试验、静特性试验、步进式电液转换器静特性试验。
（4）控制、操作、保护、和指示装置均进行模拟试验，动作准确可靠。
2、调速系统试运行
（1）检查、调试和起动：要求静态试验中所有临时接线均恢复正常，机组在纯机械手动方式下充水起动正常。进行充水后试验项目有手动开机、停机试验；自动开机、停机试验‘空载扰动试验；空载频率摆动实验；带负荷试验；甩负荷试验；紧急停机试验。
（2）进行机组带各种负荷试验。
（3）72h试运行，确认机组已正确安装、调试完好，并在连续运行条件下能安全、正常地运行。试运持续时间为72h。
3、考核运行
在72h试运行后再进行连续30天的考核运行。全部试验完毕，试验项目、试验目的、测量仪表的检定和测定、试验程序、测量结果、试验表格、计算实例、计算过程使用的各种曲线，全部测量结果总汇，最终成果的修正和调整。
五、微机调速器应用中存在的优缺点
数字微机调速器相比传统的步进式、比例阀式调速器有以下主要特点： （1）它采用標准的电磁球阀构成了直接数字控制的电液转换接口，实现了整个系统数字化，大大提高了液压系统的抗油污能力。
（2）机械液压系统全部采用标准阀构件提高了整个系统标准化程度，调试检修，维护简便，实现了机械系统的免维护。
（3）系统结构上采用集成化设计，取消了常规中小型调速器的引导阀、辅助接力器，主配压阀，杠杆等所有中间结构，系统无明管，无杆件简化环节，可靠性提高，调速器的速动性好控制精度高。
（4）双油路均采用液压锁回路，接力器无零点漂移现象。
（5）静态无油耗，减小了调速器系统的油耗及能耗。
（6）油压装置采用高压齿轮泵及蓄能式，不仅可以提供10～16MPa高压力源且体积较小，取消了传统的压缩空气罐供能。
比例阀式微机调速器的机械液压系统实现了用阀组进行电液转换、放大，推动水轮发电机组的导水机构，系统虽简化，但也有不足的地方：
（1）执行电液转换的阀组由于要克服卡涩、漂移和调节要求，不停进行动作，阀芯频繁磨损，造成阀组的使用寿命减短，随着阀芯的磨损，阀组的阀芯与衬套的配合间隙增大、压力腔漏油增大，调节精准度下降，调节次数和频率加大，阀芯磨损会进一步加剧。
（2）阀组的遮程设计要科学、严谨、合理，遮程过小，调速器速动性较好，但阀芯封油效果不佳，压力腔油压损失大，阀组动作频繁，稳定性不好；遮程过大，调速器稳定性较好、阀组工作可靠，但造成调速系统死区较大，调节精准度下降，速动性偏差。
六、结语
水电站的调速器作为重要控制设备，调速器有计算机接口与后台机进行接，通过网络传输实得远方操作，并提供调速器现地操作和监视界面，能很好地维持进水能量与输出电能之间的平衡。为满足电力系统不断提高的电能质量要求，并随着集成电路的高速发展，调节运行方式逐步由软件实现，为优质发供电打下了坚实的基础
参考文献：
[1]魏守平，卢本捷.水轮机调速器的PID调节规律[J].水力发电学报，2003（04）.
[2]潘熙和，周国斌.水轮机可编程调速器若干问题研究[J].长江科学院院报，2001（01）.
[3]高杜生，张玲霞.可靠性理论与工程应用[M].北京：国防工业出版社，2002.
[4]叶鲁卿.水力发电过程控制理论[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.