2.9 水轮发电机组启动方式

选择水轮发电机组启动方式的主要因素：

a.机组达到额定转速的时间短；

b.轴向水推力小；

c.水轮机力矩和轴向水推力波动小；

d.压力引水管道的压力变化小；

选取较大的启动开度，机组达到额定转速的时间较短。

水轮机推力轴承决定所能承受的轴向水推力的大小，轴向水推力的大小直接影响机组开始转动所需的水轮机力矩。混流式水轮机的特点是轴向水推力不大。而有的轴流转桨式水轮机选用较大的转轮叶片安装角，以降低启动时的轴向水推力，并缩短机组达到额定转速的时间，但需要较大的导叶启动开度，机组在停机状况，转轮叶片已处在启动安装角位置，启动时导叶打开后，转轮叶片从转轮叶片缓慢转到协联关系规定的位置；有的轴流转桨式水轮机选用较小的转轮叶片启动安装角，是因为轴向水推力不大，启动时，导叶打开后至机组并网，转轮叶片均处在同一启动安装角，所需的导叶启动开度较小，启动期间的耗水量也小。

在机组启动过程中，接力器行程超过某一值后，水轮机力矩和轴向水推力迅速增大，脉动分量也随之增大，机组开始转动，并出现扭振，转速达到额定转速的20%～40%后才终止。

压力引水管道的压力变化是导叶开启特性决定的，启动开度愈大，接力器开启速度愈快，压力引水管道中压力降低也愈大。

为减小机组启动过程中的扭振和压力引水管道的压力变化，尽可能让接力器开启平稳。

常见的水轮发电机组启动方式有：

a.导叶大启动开度的启动方式。导叶启动开度约为空载开度的110%～200%,当机组转速约达额定转速的90%时切至比空载开度稍大的第二启动开度,当机组转速约达额定转速的95%时,调速器投入频率控制。

b.导叶小启动开度的启动方式。导叶启动开度约为空载开度的60%～70%，当机组转速约达额定转速的80%时，切至比空载开度稍大的第二启动开度，当机组转速约达额定转速的95%时,调速器投入频率控制。

c.加速度控制的启动方式。从机组开始转动至额定转速的20%，频率给定跟踪机组频率；机组转速约达额定转速的85%前，机组加速度设定为2Hz/s；机组转速约达额定转速的95%前，机组加速度设定为1Hz/s；机组转速达额定转速的95%后，机组加速度设定为0.5Hz/s，直至频率给定值达额定值。

从第一张加速度控制机组启动示波图可见到在低转速时伴随有接力器摆动，它会加剧机组启动过程中可能出现的扭振，在调试过程中应加强观测。第二张加速度控制机组启动示波图(见下图)是用相用软件、不同的给定参数在另一水电厂的调试结果，与第一张的区别是，导叶接力器从开始开启至给定值后，导叶接力器以匀速开启至空载开度，启动平稳。

图1导叶大启动开度的启动方式

图2 导叶小启动开度的启动方式

图3 加速度控制的启动方式(1)

调研过程中,我们在泰安水电厂看到另一种启动方式，启动时导叶接力器以匀速开启至比空载开度稍小的启动开度，机组转速达95%额定转速时，调速器投入频率控制{图3 }。 从图3 中，我们可看到，启动过程中，在导叶接力器小开度、低转速时，导叶后转轮前的水压有明显的波动，如此时伴随有接力器摆动，将加剧我们所不希望的这一波动。

图4 加速度控制的启动方式(2)

图5 泰山启动方式

李 晃 执笔

3．国产调速器调查报告

3.1调研概况

2006年4月至2006年11月，项目调查组(后称调查组)到我国20多个大型骨干电站对已投运的近百台大型水轮机调速器及辅助的设备的配置和运行情况进行了现场调查(详见附表)，还对我国数十座电站的水轮机调速器设备的配置和运行情况作了函调。基本摸清了国产大型水轮机调速设备的系统结构和配置、功能、技术性能、运行情况，并了解到现场对 大型水轮机调速设备的一些特殊要求。

调查组现场调查的20多个电站中，大多是混流式机组，也有转浆式，贯流式和抽水蓄能机组。单机容量大多在20万KW以上，或主配压阀直径大于150，工作油压40kg/cm2以上，其中进口调速器20台，国产调速器89台，本节综述国产调速设备的调查情况。

3.2 我国近期投运的大型水轮机调速器设备的主要特征

上世纪八十年代开始到世纪末，是我国微机调速器器迅速发展的阶段，投入运行的大型国产调速设备全部是微机控制的。调速器大多采用了电子调节器加电液随动系统的系统结构，采用自制专用机（单片机）和STD 总线工业机的调节器多为双机冗余配置，采用PLC作调节器，多为单机方案。电液转换部件世纪末大多采用步进电机或伺服电机作电∕机转换器，调速器专用的环喷式和双锥式电液伺服阀逐渐退出。

本世纪初由于大量采用PLC、PCC、IPC工业控制计算机、工业标准液压部件和工业自动化系统标准的传感器等部件后，国产微机调速器进入了一个稳定发展和提高的阶段。主要表现在成功的采用比例伺服阀作为电液转换部件；广泛采用自动复中的电∕机转换器，采用无接触式的磁致伸缩型位移传感器，成功的应用PLC作双机冗余调节器；采用大尺寸彩色触摸屏和工业平板 PC机作人机界面，国产大型调速设备在激烈的市场竞争中，调速器的硬件配置品质和生产工艺提高了，服务质量也提高了，国产调速设备受到广大用户的好评。

3.2.1水轮机调速器的系统结构和手动操作方式

我国大型水轮机调速器常见的系统结构和配置有如下四种：（详见附表）

（1） 双微机调节器+ 双冗余比例阀的电液随动系统 &, nbsp;

（2） 双微机调节器+电液随动系统 &nb, sp;

（3） 微机调节器+电液随动系统

（4） 微机调节器+ 位置伺服装置+机械液压随动系统

（第一级随动）（第二级随动）

为了调速器的调整试验时操作调速器，电气故障和特殊故障下关闭水轮机导叶，调速器都设置了手动操作机构。（1）（2）（3）种系统结构的调速器可以选用机械闭环、机械开环、电气闭环和电气开环的几种手动操作方式。第（4）种系统结构，由于巳装有机械位移反馈，一般均采用机械开度限制和手动操作机构，而且这种机械手动是闭环控制的。

3.2.2 主要环节的配置

近十年来，我国大型水轮机调速器的重要环节硬件配置的品质明显提高，采用国际知名品牌的优质部件，如德国Bosch公司的比例伺服阀，美国MTS公司的Temposonics 磁致伸缩直线传感器。构成微机调节器的PLC过去为降低成本采用中低档产品，现在也开始采用中高档次的产品。如美国GE Fannc自动化公司的PACSystemsTM系统。它是GE公司推出的最高档次的PLC，它具有模块化，可扩展的体系结构，所有模块可以热插拨，具有防爆安全模块，具有极高的抗干扰能力和可靠性。美国Schneider（施耐德）公司的Quentum系列，140CPU434 12A型PLC和三菱公司Q系列产品。中高档PLC产品不断提高了微机调节器的技术性能，而且使PLC构成双冗余和交义冗余的调节器成为现实。使我国微机调速器的性能和可靠性进一步提高，甚至高出国际知名调速器厂家的采用专用微机模块构成的调速器。在硬件配置上国产调速器已与国际接轨。并不固守所谓的"国产化"。哪个品种的质量好，适合于提高调速器的品质就采用哪种。

3.2.2.1 电液转换部件：

1 作为电—液转换部件在大型调速器大多采用的是Bosch公司的比例伺服阀。调查中看到配置该部件的调速器有乐滩、岩滩（新）、紫坪铺、桐仔豪、桐柏、公伯峡。

2.作为电—机转换部件，最新推出的是采用三菱公司的MTNAS的交流伺服电机和交流伺服驱动器，用它和具有自动复中功能滚珠螺旋机构组成电∕机转换器，其功能与传统的电液转换器相同，将电气量成比例转换成机械 位移 。是一种纯电气的不用油的电∕机转换装置，输出力大，速动性好，工作可靠。其驱动器带有CPU和人机交互界面，并容易与可编程控制器构成的电子调节器连接。

3 用步进电机（伺服电机）和具有自动复中功能的滚珠螺旋机构构成的电∕机转换部件，具有输出力矩大，工作可靠性高，在我国广泛应用（尤其中在大中型水轮机调速器中），技术成熟，经验丰富也是一种很优秀的电∕机转换部件。

3.2.2.2 微机调节器的硬件配置

可编程控制器（PLC）工业控制机（IPC）和可编程微机控制器（PCC）都已在微机调速器中得到应用，它们都可以满足调速器的控制的性能和功能的要求。它们属于工业控制微机范畴，都是工业化生产的通用部件，PCC融会了PLC和IPC优势，是后期开发的工业控制机产品，目前仅一家公司生产并向全球供，它采用了摩托罗拉公司高端芯片，MC68系列产品具有很多优越的功能。PLC和IPC则在全球微机销售量上占绝对优势，可供选择的产品十分丰富。PLC进入国际化、标准化、系列化、网络化的新的发展阶段。PLC构成的微机调速器在我国现在是，将来也会保持主导地位。这次调查中国产调速器采用PLC配置的比例也较高。

1。位移传感器

上世纪八十年代国产调速器广泛配置精密线绕电位器作位置传感器，目前只在中小型低价位的水轮机调速器中使用这接触式传感器。本世纪以来，大型调速器不再配置接触式位置传感器，目前大型调速器配置的位置传感器大多为：美国MTS公司生产的磁致伸缩型直线位移传感器。测量范围50～1220mm。供电电压在13.5——26.5伏范围。 输出信号可以是4——20mA（或DC 0——10伏），也有数字量输出的产品，该产品技术性能优良，工作可靠性高，早些年已广泛用于冶金行业中的恶劣环境。

2． 人机交互界面

在这次调查中已看到，调速器人机交互界面得到迅速的发展，近几年投入运行的大型水轮机调速器，大多采用了触摸式液晶显示屏。由于彩色式触摸屏的应用，调速器的人机交互界面内容丰富，友好。有最基本的状态和参数指示。还增加图形显示，故障记录，以及现场实验数据和曲线的记录显示等。不仅显示和操作的内容丰富，而且硬件构成十分简单，仅用通讯方式与主机相连，减少了很多硬接线，降低了调速器故障率。用作人机交互界面的器具目前广泛使用的有两种：一种是工业平板PC机，它具有独立的CPU操作系统，典型的产品是PPC—123T∕M（带有触摸屏）是高档次大型调速器首选产品。另一种是彩色触摸屏，典型产品SAT23OGE。它具有与可编程的通讯接口，使用方便，价位较前者便宜。一般配置较低档的水轮机调速器。

3.2.3 手动操作方式

为了方便调速器的调整试验和电气故障特殊情况下保证能关闭水轮机导水叶，调速器中必须设置手动操作机构。在水轮机调速器技术标准中要求调速器必须设置手动操作机构。大型和巨型水轮机的用户十分重视手动操作的可靠性。国产的调速器目前均设置了该环节。上世纪八十年代以前，我国调速器大多采用了带机械反馈的机械式手动操作机构，而且一般与机械开度限制合二为一，随着电气开度限制的应用和调速器可靠性能的提高，为简化调速器系统机构，开始改用电气开度限制和电气手动操作方式，取消接力器的机械反馈装置，方便了调速器在电站中的布置。受到设计院的欢迎，在招投标书中十分热衷电气手动操作。近十年来采用电气手动操作方式的调速器占多数，国外调速器也有这种趋势。由于大部分电气手动操作方式是建立在电/机或电/液转换部件可靠运行的基础上，而且在调速器初期调整实验时无法使用，一些巨型机组在配置调速器时，又对纯机械手动操作方式十分在意。在选择或制定调速器方案时采用何种方式的手动操作成了重要议题之一。这个问题，也是调查组讨论得较多的问题。目前国产调速器中的手动操作方式有四种：机械式闭环手动操作方式（带有接力器位置反馈）和机械开环手动操作方式（不带接力器位置反馈），电气闭环手动操作方式（带接力器位置电气反馈）和电气开环手动操作方式（不需要接力器位置电气反馈）。 从方便调速器投入运行调整试验和保证电气故障和特殊情况下机组安全出发，多数用户和调查组认为机械式手动操作较为适合，不论是开环和闭环的机械开环手动操作都能达到保证机组在故障时关闭导水叶的目的，目前我国电网也较大，还没有必要在电气故障时要求机组长期手动运行，因此机械闭环手动操作的必要性不大。机械开环手动操作应该是大型和巨型水轮机调速器的最佳方式。

3.2.4 主配压阀

国产大型调速器的主配压阀根据控制方式分为两类：一类是是受机械位置控制，即输入量为机械位移。另一类是受流量控制，即输入流量。这两类主配压阀均与辅助接力器连成一体。

由于我国过去生产的调速器大量的采用位移输出电液转换器和用步进电机组成的电/机转换器，所以已投产的大型调速器中主配压阀大多是机械位移控制的。

这类主配压阀一般与辅助接力器引导阀成一体，设计和加工工艺较成熟，运行可靠。是调速器运行中故障最少的环节。在调查中没有用户反映主配压阀设计和加工质量问题。更没有因主配压阀问题而改造和更换国产调速器。目前我国的尺寸最大Φ200的主配压阀在葛州坝（170MW）投入运行，正常工作已十多年。该主配压阀是我国自己设计和加工的。

上世纪末，在大型调速器上用得较多的是由长沙星特公司设计的块式直连式主配压阀，带有一级放大，能与位移输出电液和电/机转换器直连。该主配没有衬套，通流量大，主阀尺寸为Φ150的主配压阀，已在龙羊峡、白山、刘家峡、丹江口、岩滩、丰满、大化、乌江渡等十多座大型电站运行。是我国自己设计制造的一种优秀的位移控制的主配压阀。

我国设计和生产的受流量控制的主配压阀有两种：

一种是东方电机、三联公司、事达公司和南瑞设计的辅助接力器（主配压阀）带有位置电气反馈的主配压阀，这类主配中为了在电沅消失时使主配压阀自动复中，各家用了不同的技术措施。三联公司和南自院采用装于主配压阀两端的弹簧中，东方电机是附加一套引导阀系统形成的液压内反馈复中。由于BOSCH阀的放大器中带有辅助接力器位置电气反馈信号的接口，国内多数厂家都用这种主配压阀。国外调速器大多也采用这种辅助接力器带有位置电气反馈的主配。 但他们不作断电自动复中的处理。

另一种是武汉长控所研制的带有液压内反馈的主配压阀。 由于采用了液压内反馈，主配压阀的位移与比例伺服阀输入流量成比例。当比例阀控制电流消失时，由于采用了液压内反馈主配压阀阀芯将自动复中。在组成电液随动系统时，不再需要主配压阀位置的电气反馈信号。在调速器中少一个机械位置反馈装置和回路。据不完全统计，这类Ф80—Ф150的主配压阀已投运近百台，性能良好，运行正常。

近年来，采用比例阀控制的调速器发展较快，有些制造厂因招标文件的要求，向国外采购了用于流量控制的大型主配压阀。例如，公伯峡使用的是从GE公司采购的FC主配压阀，三峡右岸调速器由哈尔滨电厂生产，也采购了GE公司的FC阀，这种主配压阀要实现比例伺服阀电气信号与主配压阀输出流量（或主配压阀位移）成比例，必须引出主配压阀活塞的位置电气反馈信号，此反馈信号与控制比例伺服阀的信号相比较构成一个闭环控制系统，该系统实现主配压阀位移跟踪比例伺服阀的控制电气信号。当电源消失时，该闭环控制系统将失控，但Bosch的比例伺服阀设计了失电时，比例阀芯处于故障位，控制油将使FC主配活塞推向关闭的位置，确保机组的安全，但这种特性是不适合我国用户的要求和电站运行习惯。我国电站常要求控制系统电源消失时，主配压阀应自动回到中位。为了使失电时使FC阀芯保持在复中的位置上。必须采用一些技术手段和增设附加控制装置。

哈尔滨电机厂在设计三峡右岸调速器主配压阀时，为了将本来没出有自复中机能的FC阀改造成在断电时能自动复中，专门设计了自动复中的液压控制回路，为此进行了大量的试验和研究工作，才获得满意的结果。主配压阀在调速器中虽然是十分重要的环节，不论是设计还是制造方面其难度都不大。我国完全没有必要从国外购买，我国在设计及生产调速器主配压阀方面有十分丰富和成功的经验，并有成熟的产品。

3.2.5 国产调速器的主要功能：

通过现场调查，函调和考察国内调速器主要生产厂的产品和资料，可以看出国产大型水轮机调速器的功能十分完善，技术性能优良，绝大多数调速器的技术指标能全面的达到国家《水轮机调速器及油压装置技术条件》的要求。

尽管各生产厂家调速器的配置结构不完全相同，但是所能实现的基本功能基本相同。归纳起来国产大型水轮机调速器大多具备如下功能：

3.2．5.1 基本功能

（1）机组和电网的频率测量，实现频率和负载调节的功能。

（2）空载运行时，机组频率自动跟踪电网频率，实现快速并网功能。

（3）并入电网后，按永态转差系数bp,和频差自动调整机组出力的功能。绝大多数能满足一次调频的要求。

（4）识别工作状态，自动改变工作模式，调节相应参数的功能，即适应式变参数PID。

（5）除能接受中央控制室的脉冲控制指令外，多数还具有与上位机通讯的功能。

（6）采集水头信号，自动修正启动开度的功能。

（7）对转桨式水轮机，可实现轮叶转角与水头及导叶开度之间的精确的数字式协联关系。

（8）友善的人机界面，具有采集并显示调速系统运行工况，工作状况，调速器参数和故障部位的功能。

（9）实现自动工况至手动工况无条件无扰动的切换功能。

（10）在自动开机和停机操作功能。

（11）当自动部分故障具有手动操作功能（或电气开环，或电气闭环，或机械开环）。

（12）机组和辅助设备故障时，接受指令可实现紧急停机的功能。

（13）在线故障诊断和处理功能

微机调速器一般具有如下在线故障诊断和处理功能：

1）机组频率号和电网频率信号的在线监测、诊断和处理功能

2）导叶和轮叶位置反馈信号的在线监测诊断和处理功能

3）水头信号消失的监测、诊断和处理功能

4）电/液或电/机转换部件故障监测、诊断和处理功能

5）电液随动系统的故障诊断和处理功能

6）微机主要模块故障检测和处理功能

当微机调速器监测或诊断出上述部位的故障时，一般都设计有处理的措施，确保故障不再扩大和保障设备的安全。例如，电/液转换部件和电液随动系统故障时一般的处理措施是自动转入手动操作工况，并发出电调故障信号。

3.2.5.2 特殊功能

1．容错控制功能大多调速器设置，而且投入使用。

容错控制功能是指当调速器控制系统中的部件发生故障时，控制系统自动切换到冗余部件运行或允许调速器在降低一些性能指标的情况下保证机组带负荷继续运行。这一功能符合我国电网目前还不能允许机组经常停机实际要求。我国的微机调速器大多采用的是硬件冗余的措施实现容错功能控制。目前常用的冗余控制有：

a) 双微机系统冗余：设置两套相同的微机系统，一机工作，另一机热备用，双机相互通讯。一般微机系统均没有自检功能，工作机检测到自身故障后切换到备用机。

b) 双电液转换部件冗余

c) 双导叶位置传感器冗余

d) 残压测频和齿盘测频冗余

2．离线诊断和维护功能投入少，设置这功能的调速器也少。

该功能的设置主要为电厂维护检修人员提供一种快捷简便的检测手段。维护人员可通过操作一系列有针对性的计算机指令，由计算机来完成对个硬件模块插件板的检查，使维护人员迅速了解设备中各硬件电路的情况，缩短分析查找故障的时间，减少检修维护工作量。离线维护诊断项目包括CPU、EPROM、RAM、输出功能模块、数字给顶、开关量输入、显示面板、调节参数显示等。这种功能只有部分电站设置，即使设置有这功能，电站很少开发使用。

3．少部分调速器设置智能调试和试验功能

通常称这种功能为计算机辅助试验功能。试验信号的发送、试验数据的记录、试验数据的记录、试验曲线的绘制、参数的整定、试验结果的分析、试验报告的形成，都是由调速器内置的微机系统来实现的。这一功能为现场检修维护人员提供了一种简便易行的调试与整定手段，省去了外部测试仪器需要接信号传感器和仪器的麻烦，调速器调试过程做到了省时省力，是调速器试验手段的一种改革。

3.3 国产大型水轮机调速器运行情况及存在的问题

我国大型水轮机电液调速器经历了集成电路，单机板，自制专用微机和工业控制机的几个发展阶段。有的电站投产二十多年来，调速器经历了2—3次技术改造，直至上世纪末，在调速器中普遍采用工业控制机（PLC，IPC，和PCC）、步进电机和工业标准液压件（比例伺服阀，滤油器等）以后，微机调速器的发展才趋于稳定和成熟。上世纪九十年代以来，投入运行的大型调速器产品，运行情况普遍反映较好，故障率低，检修工作量减少。在被调查的20多个电站中，没有出现过因调速器故障被迫停机的事故，但是运行中仍存在一些故障和缺陷，归纳起来有：

（1）采用国产电液伺服阀的电站（漫湾、李家峡、龙羊峡 、岩滩、大化、丰满）反映电液伺服阀的故障多，如排油管不畅，卡阻，引起溜负荷和不明原因的抽动。采用进口电液伺服阀（moog阀）的电站（隔河岩、小浪底 、天荒坪）反映进口的电液伺服阀对油质要求太高，隔河岩曾多次卡涩，每年还必须更换新油，浪费太大。公伯峡采用的Bosch的比例伺服阀，反映对油质要求较高，投入运行的一年多的时间里，曾多次卡阻，比例伺服阀已换过两只。

丰满和葛州坝电站，是使用过电液伺服阀和步进电机转换器的电站，他们明显感觉到步进电机转换器故障少，调速器运行也稳定。

（2）漫湾、二滩、公伯峡、岩滩等电站反映自制的电路板，（包括功放板，显示板，仿造进口板件）易损坏，抗干扰能力差，漫湾电站反映，SJ—700型调速器自制板多，与田坝电站（漫湾电站管理）采用工业控制机的调速器相比，前者电气故障明显多。

（3）部分产品抗干扰能力差，漫湾电站反映，同样类型的调速器，有某一台不明原因的抽动，溜负荷常出现，更换新的调速器后（升级产品）情况好转。

（4）或过分宣传或盲目回应标书要求，勉强设置一些机构，由于设计不成熟，导致某大型调速器机械手动操作机构不好用而废弃该功能。虽然是个别案例。但类似情况较多，调查中，有电站反映 ，技术改造过程中，用户提出什么要求都应允，结果形成是前后产品不一致。资料也难以统一。

（5）李家峡、隔河岩、小浪底等大型电站反映，手动机构主要是在调速器的调整试验时使用，投入运行是很少手动。隔河岩的电气闭环手动操作机构从来都没有用过。

（6）个别电站反映，由于微机调速器调节参数设置不合理，一次调频动作过慢，达不到电网提出的要求。

吴应文 执笔

4、大型水电控制设备研发单位厂内试验

专家组一行尽可能按照有产品出厂试验时到相关研制单位参加试验调试工作，本执行单位顺序基本上按照开展工作时间排序。试验工作不是产品检测，更不是评比甚至允许试验出现问题并解决（这恰是产品出厂试验的目的），专家组的工作重点是了解试验能力、产品综合新技术水平等情况。

4.1 各单位对厂内测试均较重视

各研发单位近期在厂内建起相当规模的实验室，有的实验室可同时进行3台控制设备出厂试验，配有6.3Mpa油压装置，从装备上看有的实验室内油压装置偏小，接力器容积偏小。总的看在重视电磁抗干扰试验方面均有共识。四家制造厂已经购置了相关设备，没有购置的单位均明确表示近期购买，仅有东方厂、能达公司、哈尔滨厂在专家组在厂的情况下完成电磁兼容试验，试验效果满意，也很方便。

4.2 所有测试产品均为成熟成果

测试证明决大部分厂家排除自行研发印刷电路板的技术路线，采用高可靠性PLC、PCC、IPC平台，自主研发软件，进口的比例阀或步进电机，伺服电机及传感器（电感、电位计式）。除东方和哈尔滨厂外，油压罐、回油箱和主配压阀在重点专业厂外协加工，工艺措施较好。

4.3 Ix,Tg均可满足国标要求

在测试中各家的调速器在国家标准中有考核指标的Ix及Tg均可满足要求，一般说来，Tg=0.15-0.19秒。调速气在设计上基本采用当油开关跳开（甩负荷时）电气开度限制机构自动关闭至空载的（附加强制）功能，而防碍Tg的测试精度。

4.4 智能测试系统得到广泛的应用

各研制单位均配有水电控制设备测试系统，试验报告可自动生成。数据处理等方面大大提高 了工作效率，这项技术的推广是十分可喜的。问题如下：

（1）测试软件版本过低，采用理想水轮机数字模型也不能进行转浆式水轮机调速器测试，应予更新。

（2）个别数据处理方法应透明，以利校核。

（3）个别测试电路需改进，有的10HZ左右还不能正常工作（低频信号发生及记录）

4.5 哈尔滨电机厂三峡右岸电厂调速器技术特点及测试

专家组多次应邀赴哈尔滨电机厂列席设计联络会议及三台调速器的出厂试验测试。该调速器是继三峡左岸电站之后将于2007年投运的大型骨干电站水电控制设备。受到业主方及业界高度重视。系统软件及应用软件，电气（散体）部分、主配压阀、油泵、比例阀及其它自动化原件由国外进口，由哈尔滨厂结构总集成。

4.5.1 三峡右岸调速系统主要特点

1．调速器电气柜

调速器电气柜配备美国GE公司生产的MicroNet^TMTMR三冗余水轮机调节器，包含三冗余CPU和双冗余的I/O通道，构成双通道冗余结构，允许在单个CPU模块故障或移除时或单组I/O模块故障或移除时，调速器均能正常工作。在油 上使用系统的主要特点如下：

（1）冗余的微处理器（三个CPU系统并行执行）

（2）所有的内部运算值由三个CPU表决，所有的I/O点由三个CPU表决

（3）在线拔插任何模件无影响，当内部故障发生时接力器无变化

（4）诊断当前I/O通道的所有输入和输出,每个通道均有在线自诊断

（5）内部看门狗计时器监控执行程序和硬件，连续的CPU和母线诊断（每隔5微秒校核一次）

（6）确定的（实时）操作系统不受程序变化影响，保证系统响应执行不受CPU负载影响，控制故障引起"I/O闭锁"，所有I/O到失效保护输出5毫秒响应。

2．调速器机械液压系统

调速器机械液压系统采用成熟技术，电液转换元件双冗余配置，采用由德国BOSCH公司生产的电液比例伺服阀，该阀采用集成块式联接，电气驱动与液压部分集为一体，与调速器的电气联接为标准的4～20mA信号。主配压阀采用GE公司的FC20000阀，主阀直径φ250mm。特点如下：

（1）用于一级放大的主阀活塞位置电气反馈直接进入比例阀的集成放大单元，无需外加电源。

（2）电液转换部件使用高性能高质量的标准的进口电液比例伺服阀，自身配有独立而集成的放大单元，并具有自身的失电和断线保护，还可以根据用户的要求进行双冗余配置，以适应于电气冗余或主备用控制的需要。

（3）在线可切换的双精细过滤器， 并配有堵塞的机械指示和电气电气输出触点 。

（4）单独而方便的开启和关闭时间的调整。在阀的两端设有专门的时间调整机构，无级连续单独可调，固定方便可靠。

（5）主阀活塞分段设计、加工和装配，避免了由于不同心而可能出现的发卡现象。

3．油压装置

油压装置上配备了2～3台工作泵，1台增压泵，增压泵连续运行，工作泵断续运行。并配备必要的油过滤、油冷却等系统。

在三峡机组上选用了德国Allweiler公司SMH型油泵，主要技术特点如下：

（1）水力性能。该泵螺杆副采用Allweiler公司独特的型线技术，具有油膜稳定、压力脉动小、效率高、汽蚀性能好的技术特点。选型时充分考虑了泵的汽蚀性能和吸入条件，因此，对粘度变化具有良好的适应性。对于ISO46或类似油品，油温在0~60℃范围内，泵均可直接启动、安全运行，不需加热。

（2）结构形式。泵和电机采用分离式设计，通过弹性联轴器、底座实现连接。可更好保证泵与管线的准确定位，增加泵的刚性和紧固效果。泵体与泵的转动组件也采用分体式设计。达到泵的使用寿命之后，只需更换转动组件，有效降低了泵的使用成本；更换泵转动组件时，不需拆卸泵体，有效降低了泵维修时的装配要求和难度。

（3）材料选择，针对水轮机调速器液压泵的运行特点，选用的SMH泵采用专用材料W0。泵的强度高，对介质粘度变化的适应性强；泵连续、稳定运行压力可达9MPa，材料强度试验压力达13.5MPa。

4．油压装置控制系统

油泵启动采用了软启动器，实现小电流低冲击启动，保护油泵电机液压系统。控制采用了双冗余的PLC配置，提高了系统的可靠性及故障分析诊断功能，方便了运行维护人员的操作和故障维修

5．机械液压过速保护装置

机械液压过速保护装置采用瑞典图拉博(TURAB)公司的产品。其主要特点如下：

（1）克服摆度对精度的影响。由于摆度无法克服和预测，摆度对精度的影响也无法克服和预测，对安装间距太小（比如2毫米或更小）的设备，摆度对精度的影响相当大。图拉博通过改善设备结构和部件性能，采用大安装间距（过速摆与液压阀间的安装间距均大于3.0毫米）弹簧及其预紧力的优化选择，使得摆度对动作精度的影响将到可以忽略的程度；

（2）不需要现场调试。由于过速保护器动作值一般设定在150%左右，因此，如果在现场进行调试，就要求必须使得水轮机组过速到该值附近。由于现场调试一般都需要多次完成，对整个电站和机组将来的安全运行构成较大的隐患，同时过速调试也让最终业主承受较大的风险。

（3）长期使用，尤其是每次机组大修后，过速保护器应直接按照说明书重新安装后即可投入使用，不需要重新调试。精度和可靠性高。

6．过速限制器

（1）采用独特的插装阀芯定位结构，对于标准液压件中的插装阀，只能在全开或全关位置时使用，即运行于大流量工况。该事故配压阀在标准插压阀芯外周增加了一个环型腔，当插装阀开启时，此环型腔自动接通压力油，迫使阀芯只能定位于全开位置。当插装阀关闭时，此环型腔自动接通排油。因而杜绝了阀芯部分开启时引起的不稳定工况。

（2）采用锥面密封。本事故配压阀的密封方式采用插装阀的锥面密封。

7.其它

三峡右岸电站水轮发电机组由三家主机厂供货而控制设备由哈尔滨电机厂控制设备事业部配套，压油罐为统一规格，三家接力器工作容积不等，配套措施如表：

衬套控制油孔位置与阀盘对应。另外每处还开有一只"I"形孔，"I"高25.2，宽22.2，遮程0.1毫米，采用这样的专门措施可能会对系统静特性、动特性有好处。两只进油方孔120mm*150mm。

综上所述，三峡右岸电厂从美国GE公司引进的控制系统技术上是先进的，配置合理，有可借鉴的特点。关键是消化吸收，不断总结。GE公司的起动方式特点值得注意：

1）采用恰是最优规律的转速上升后用曲线拟合法，转速自动调节过程短而平稳是它的优点；

2）种方法在不同机组上实施时差异性特别是导水机构、控制环接力器这一组传动系统中会有快速高频的摆动，从运行角度看是否有益有待现场调试时观察；

3）种机组启动方式及水头影响的敏感性也有待比较。

4.5.2 测试工作

哈尔滨厂在调速器常规检查试验方面较详尽并形成专门的技术文件，由于有监造工程师在监督，总体较认真。专家组听取报告后选择了关键试验：

1.电磁兼容试验，在专家组倡导和业主赞同下，在设计联络会上确定：由于三峡右岸电站控制设备的重要性，电磁兼容试验纳入出厂验收试验内容，第一台和第二台调速系统电磁兼容试验委托第三方仪器设备自行测试，检查测试记录过于简单，第三台测试受业主委托在专家组成员在场的情况下用刚刚到货的测试设备，按照国家标准进行测试，测试结果满足国标要求。

东方电机厂、能达公司及哈尔滨厂的试验表明，对于大型调速系统，测试并不复杂，由于电站的重要性，业主方可以对国家标准有关条款进行必要的调整。只要细心接线，试验也不会对设备造成损坏。

2.两种主配压阀对比实验。 液压系统设计对纯手动"不动"指标过于追求，在GE公司设备上试验台后，纯手动状态时发现系统有漂动现象。又研制了遮程为0.4毫米的主阀塞。为积累数据进行了对比试验，这样整个工期拖了多月。

实际电液调节系统的电控手动功能就已经满足电站调试及在异常情况下手动开、停机的功能。在国家标准中对纯手动没有提出要求，它只能作为在非常异常、概率极小的情况下控制机组接力器的措施，个别制造厂商对自复中功能宣传上有些过分。不用太多的分析，试想没有反馈的系统肯定是不稳定的，主配压阀的控制几何中心是随着接力器负载变化而变化的，在液压系统中称为液压系统刚度。试验台上主配压阀直径250mm，试验接力器直径350mm，液压系统刚度低，本应说明接力器偏小，漂动会更强些 .

由于条件所限，遮程对死区影响不明显，对不动时间（接力器较小）的影响较明显，测量是加大示波比例尺，人工判读的结果。表中飘移是指纯手动情况下用百分表的读数，表明在死区大时，纯手动会有较好的控制。它也是可变的，确实发现在某些情况下（位置没调好）漂移量也在毫米级。好在没有考核指标，仅是积累数据记录在案，业界供参考。

3、系统渗油量试验

GE公司在大型控制设备是上选用如此小的遮程来提高技术指标，担心投入运行主阀系统耗油量大，故做此试验。

现场条件不能精密量测，仅做相对比较试验。首先记录在同样时间内，调速器处自动状态，精确保持频率信号下的耗油量及主阀移到偏移中间位置接力器在极端位置（全开和全关）记录耗油量，分别是试验报告附件。经过上述试验，满足国家标准要求。

4.6 其它厂家测试点评

4.6.1关于宜昌能达公司成果测试

专家组结合能达公司岩滩水电控制设备改造及三峡总公司科技项目验收，在岩滩水电厂现场及试验室样机进行了详细测试，这二次试验准备较充分，数据也比较齐全，选作为本报告附件列后。

能达公司力推伺服电机及比例阀不对称冗余方式既解决了冗余问题，又便于纯机械手动的布置，将步进电机系统用于30万KW机组，在高可靠性的前提下，又保证动态特性满足国家标准要求，有技术特色。

试验样机主配压线直径250毫米，是国内首先研制，在其壳体上布有多个压力传感器，为今后对配压阀的试验研究提供了基本条件，希望主管部门给予进一步支持。完成阀体自身特性试验研究工作，对行业将有指导意义。

4.6.2 长委长控所产品测试

测试工作结合长州电厂贯流机组双调速器出厂试验进行。首次进行了大型主配压阀遮程对调速器死区和不动时间进行了比较性试验，取得了有益的结果。

4.6.3武汉实达公司产品特点

该公司承担了二滩电厂水轮机调速器电气部分的改造，该产品特点是采用的双机交叉冗余，以往采用双道冗余技术。在不增加额外硬件的条件下，用通信和软件构成交叉冗余系统，提高了可靠性。

将电气部分分成测频、开关量输入，开关量输出、模拟量输入、模拟量输出、通信六个模块。双通中道只要不同名模块故障就可组成一个新系统继续运行，这是它的技术亮点。

4.6.4东方电机厂产品特点

东方电机厂利用自筹资金在车间内建造规模较大的测试段，取下挖式布置接力器较早购置了电磁兼容试验设备，调速器电子调节器硬件平台多样，力推IPC结构并已在多座电站投运。

4.6.5南京自动化研究院产品特性

生产试验基地搬到南京高新技术开发区，该单位控制设备电子调节器采用自行研发以硬件，自行研发的硬件产品印刷电路板全部外协加工，正积极开展PLC、PCC应用的研发。

4.6.6武汉三联公司产品测试

三联公司调速器多采用比例阀，单通道伺服电机或步进电机驱动，最近中型水轮机调速器产品较多，部分产品采用串联PLC电子

调节器T_d,b_t,T_n系数体系，方便用户。

孔昭年 执笔