水利工程論文-數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器在漾頭水電站的應(yīng)用.doc

水利工程論文-數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器在漾頭水電站的應(yīng)用摘要：數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器是國家科技部創(chuàng)新基金支持項(xiàng)目，電氣部分以PCC可編程計(jì)算機(jī)控制器為核心，軟件采用高級語言；電氣液壓轉(zhuǎn)換部件采用電磁球閥，機(jī)械放大元件采用二通插裝閥，采用無杠桿，無明管路結(jié)構(gòu)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該型調(diào)速器調(diào)試簡單，維護(hù)方便，具有先進(jìn)的技術(shù)性能和高可靠性。關(guān)鍵詞：智能調(diào)速器PCC數(shù)字閥電磁球閥插裝閥1前言漾頭水電站位于貴州省銅仁市附近，裝機(jī)容量為2X8000KW，水輪機(jī)為軸流轉(zhuǎn)槳式，設(shè)計(jì)水頭為18M。原調(diào)速器為某廠生產(chǎn)的模擬電液調(diào)速器，機(jī)械控制部分采用電液轉(zhuǎn)換器，二級放大部分采用主配壓閥，接力器與主配壓閥開環(huán)無反饋；在電氣上采用模擬電子調(diào)節(jié)器，抗干擾性能差；自動運(yùn)行時，常誤動作。自投入運(yùn)行以來，隨著長時間的運(yùn)行，機(jī)械的磨損，電氣分立元件的老化嚴(yán)重地影響機(jī)組的安全運(yùn)行。原調(diào)速器存在的主要問題是：1.1)抗卡阻效果差。調(diào)速器對油質(zhì)要求較高，常卡阻，不能保證長期自動運(yùn)行。2.2)運(yùn)行操作不方便。由于機(jī)械磨損主配壓閥滲漏造成接力器漂移，且手動運(yùn)行時無反饋，運(yùn)行人員總要不斷的調(diào)整，勞動強(qiáng)度較大。3.3)抗干擾能力差。任何電磁干擾都可能造成調(diào)速器誤動作。4.4)檢修維護(hù)不方便。調(diào)整環(huán)節(jié)太多，每次檢修后，僅調(diào)整各個節(jié)流閥就需要幾天時間。2改造方案針對漾頭水電站的具體情況，擬定如下改造方案：方案一.用ZFST100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器整機(jī)替換原調(diào)速器。采用機(jī)電合柜形式。方案二.保留原調(diào)速器主配壓閥，去掉原調(diào)速器中除主配壓閥以外的其他部分，采用步進(jìn)電機(jī)替代電液轉(zhuǎn)換器，采用PCC可編程智能調(diào)節(jié)器替換原模擬電子調(diào)節(jié)器。采用機(jī)電合柜形式。由于主配壓閥的結(jié)構(gòu)形式為滑閥，主配壓閥活塞與襯套之間的間隙所造成的滲漏就不可避免，為了減少主配壓閥活塞與襯套之間的滲漏，就要在主配壓閥活塞閥盤與襯套與窗口之間加大搭疊量，而搭疊量加大了調(diào)速器機(jī)械死區(qū)。由于主配壓閥活塞與襯套之間的間隙所造成的滲漏不可避免，因此在手動運(yùn)行時就需要機(jī)械反饋來補(bǔ)償，否則，接力器就要漂移。由于漾頭水電站原調(diào)速系統(tǒng)沒有采用機(jī)械反饋。因此，在設(shè)備改造時，必須采用無鋼絲繩反饋（或杠桿反饋）結(jié)構(gòu)，只采用電氣反饋。如采用方案二即保留原調(diào)速器主配壓閥，手動運(yùn)行時溜負(fù)荷。由于溜負(fù)荷，增加了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。而采用方案一數(shù)字閥調(diào)速器則能解決這一難題。綜上所述采用方案一最為理想。為了適應(yīng)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，實(shí)現(xiàn)水電站“無人值班”（少人值守），銅仁市地方電力公司漾頭水電站經(jīng)過調(diào)查研究，選用天津市科音自控設(shè)備有限公司研制的新一代調(diào)速器：ZFST-100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器，對原調(diào)速器進(jìn)行了整機(jī)更換改造，率先實(shí)現(xiàn)了在軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用數(shù)字閥+可編程計(jì)算機(jī)控制器的智能調(diào)速器。3數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器結(jié)合水輪機(jī)調(diào)速器的特殊性，ZFST-100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器，選用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程控制產(chǎn)品PCC，即從貝加萊公司（B&R）進(jìn)口的可編程計(jì)算機(jī)控制器B&R2003。它面向自動化過程，而不是面向繼電器邏輯電路仿真，這就是B&R2003的理念。PCC代表著一個全新的控制概念，它集成了可編程邏輯控制器(PLC)的標(biāo)準(zhǔn)控制功能和工業(yè)計(jì)算機(jī)的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)功能。它能方便地處理開關(guān)量，模擬量，進(jìn)行回路調(diào)節(jié)。并能用高級語言編程，具備大型機(jī)的分析運(yùn)算能力。其硬件具有獨(dú)特新穎的插拔式模塊結(jié)構(gòu)，可使系統(tǒng)得到靈活多樣的擴(kuò)展和組合。軟件也具備模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)展時只需在原有基礎(chǔ)上疊加運(yùn)用軟件模塊。CPU運(yùn)行效率高，用戶存儲器容量大。這些優(yōu)越性都為智能式水輪機(jī)調(diào)速器提供了強(qiáng)有力的資源保證。在電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換方面，采用電磁球閥替代電液轉(zhuǎn)換器；在放大級采用二通插裝閥替代主配壓閥。調(diào)速器從總體上降低了對油質(zhì)的要求，從根本上避免了電液轉(zhuǎn)換器發(fā)卡的弊病。由于數(shù)字閥技術(shù)是采用高速電磁球閥為先導(dǎo)閥，以二通插裝閥為主閥，而且插裝閥的密封形式為錐閥，因此數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能，有效地避免了接力器的漂移，因此主接力器無需機(jī)械反饋。所以數(shù)字閥調(diào)速器在漾頭水電站的應(yīng)用，可以以最小的改動，達(dá)到整機(jī)改造的目的。由于該系統(tǒng)的先導(dǎo)電磁球閥又具有手動閥及事故閥的功能，減化了調(diào)速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)上減化了整個調(diào)速系統(tǒng)。所以該型調(diào)速器實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無杠桿，無管路；在結(jié)構(gòu)上采用集成塊的形式，外形簡潔明快，可靠性極高，性能優(yōu)良。由于無需機(jī)械反饋，該型調(diào)速器在機(jī)組的布置上可不受任何限制，廠房整齊，美觀。3.1主要特點(diǎn)1)全新的控制理念。采用不同于常規(guī)PLC的新一代可編程計(jì)算機(jī)控制器-PCC，面向控制過程，能采用高級語言，分析運(yùn)算能力強(qiáng)，在同一CPU中能同時運(yùn)行不同程序。程序運(yùn)行時僅掃描部分程序，效率很高。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(huán)節(jié)均實(shí)現(xiàn)了PCC化。PCC的平均無故障時間MTBF高達(dá)50萬小時，即57年。常規(guī)PLC的平均無故障時間MTBF為30萬小時。3）多任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)PLC中，并行處理是靠程序掃描來完成的。但事實(shí)上多任務(wù)才是并行處理的邏輯表達(dá)式，更簡單直接的方法就是采用多任務(wù)技術(shù)。PCC恰恰可以滿足這種需求，當(dāng)某一任務(wù)在等待時，其他任務(wù)仍可繼續(xù)執(zhí)行，非其他常規(guī)PLC可以比擬。4）智能型調(diào)速器。采用自適應(yīng)式變結(jié)構(gòu)，變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)。自動識別電網(wǎng)的性質(zhì)，并自動適應(yīng)電站的各種特殊運(yùn)行方式，如孤網(wǎng)運(yùn)行，及由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運(yùn)行的突變負(fù)荷等特殊情況，均可保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。人性化設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能。5）采用PCC高速計(jì)數(shù)模塊(HSC)測頻。PCC高達(dá)6.3MHz的計(jì)數(shù)頻率，具有很高的測頻精度和可靠性，從而使調(diào)速器的輸入通道測頻環(huán)節(jié)的可靠性有了根本的保證。6）由PCC實(shí)現(xiàn)信號綜合及控制脈沖的輸出。調(diào)節(jié)器的電氣開度（數(shù)字信號），和轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的接力器實(shí)際位移由PCC內(nèi)部進(jìn)行綜合比較，輸出控制脈沖信號，經(jīng)功率放大后，直接驅(qū)動先導(dǎo)電磁閥。充分發(fā)揮了PCC多任務(wù)的功能。7）聯(lián)網(wǎng)方便。具有RS232或RS485通訊接口，可以方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，及與上位機(jī)通訊，提高電站的自動化水平。8）調(diào)節(jié)模式靈活?？蓪?shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，開度調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)，并可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)模式間的無擾動切換。9）PCC的大內(nèi)存，為智能型調(diào)速器提供了資源保證。用戶內(nèi)存：1.5MBFLASHPROM，遠(yuǎn)大于常規(guī)PLC10KB左右的內(nèi)存。10)采用電磁球閥做為電液轉(zhuǎn)換元件。徹底解決了常規(guī)調(diào)速器電液轉(zhuǎn)換元件油污發(fā)卡的問題，使電站可以實(shí)現(xiàn)完全可靠的自動運(yùn)行。11)可以適應(yīng)電站的各種特殊運(yùn)行方式。如孤網(wǎng)運(yùn)行，及由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運(yùn)行的突變負(fù)荷等特殊情況，均可保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。12)具有故障鎖錠的功能。由于數(shù)字閥只有通/斷兩個狀態(tài)，且數(shù)字閥采用錐閥密封可以保證在31.5MPa下無泄漏，所以，數(shù)字閥又具有液壓鎖的功能，因此該系列調(diào)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(jié)構(gòu)。該系列調(diào)速器采用了數(shù)字閥液壓隨動系統(tǒng)，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?yàn)楦軛U造成的死區(qū)，提高了調(diào)速系統(tǒng)的精度，而且無管路，結(jié)構(gòu)簡單，美觀。14)友好的人機(jī)界面。采用觸摸屏做為人機(jī)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。15)維護(hù)簡單調(diào)試方便。由于PCC的高度集成化和高可靠性，對于運(yùn)行維護(hù)人員沒有太高的特殊要求，調(diào)試只需設(shè)定有關(guān)數(shù)字，沒有太多的電位器等可調(diào)元件。16)采用數(shù)字協(xié)聯(lián)方式。槳葉隨動系統(tǒng)準(zhǔn)確度高。17)零擾動手/自動切換。由于自動運(yùn)行時，電磁球閥每次動作后都處于失電狀態(tài)；而切斷電源即為手動運(yùn)行。手動運(yùn)行時，電子調(diào)節(jié)器跟蹤接力器的實(shí)際開度。因此數(shù)字閥調(diào)速器實(shí)現(xiàn)了零擾動手/自動切換32主要功能ZFST-100型數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)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(shí)用性智能性很強(qiáng)，除常規(guī)功能外具有如下主要功能。1）空載運(yùn)行時，能自動跟蹤系統(tǒng)頻率,實(shí)現(xiàn)快速并網(wǎng)。2）具有頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)三種模式，并可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)模式間的無擾動切換。功率調(diào)節(jié)模式下，可接受上位機(jī)控制指令，實(shí)現(xiàn)發(fā)電自動控制功能(AGC)。3）具有很強(qiáng)的自診斷、防錯、糾錯及容錯功能，并可將有關(guān)故障信息顯示在屏幕上，或發(fā)出報(bào)警信號。4）與上位機(jī)通訊的功能，接受上位機(jī)的控制命令，給上位機(jī)傳送有關(guān)信息。5）開停機(jī)智能控制。6）具有參數(shù)記憶功能。當(dāng)電源失電時，PCC可保存數(shù)據(jù)存儲器的內(nèi)容，使運(yùn)行人員可以方便地修改有關(guān)參數(shù)并被記憶。7）具有水位調(diào)節(jié)功能。8）多級密碼保護(hù)功能。持有密碼級別的高低，決定了對系統(tǒng)行使權(quán)