智能调速器在农村小型水电站中的运用

智能调速器在农村小型水电站中的运用陈进（泽州县水务局山西泽州048000）摘要：农村小型水电站大多建在偏远山区,受投资规模及人员素质限制,调速设备多采用手动控制形式,自动化程度低、调节性能差.当出现突发跳闸事故时极易造成机组飞逸,致使机组在高转速作用下引起机械损坏,在高电压作用下引起绝缘损坏,甚至危及人身安全.大、中型水电站采用的自动化设备和装置普遍都比较先进和复杂,价格昂贵,不适合在农村小型水电站中推广应用.针对以上问题,文中从实际出发,结合当前水电自动化的现状和发展趋势,详实列举了泽州县白水河一级水电站采用小型数字阀智能调速器进行自动化改造的实践与运用,分析了利弊,对于提高农村小型水电站生产效率、促进安全生产具有重要意义。关键词：智能调速器；小型水电站；实践与运用ApplicationofIntelligentGovernorinRuralSmallHydropowerStationCHENJinAbstract:Mostoftheruralsmallhydropowerstationsarebuiltinremotemountainousarea.Duetorestrictionofinvestmentscaleandpersonnelmakings,thegovernorequipmentsofthesestationsusuallyusethemanualcontrolforms.Thereforetheoccurs,itiseasytodegreeofautomationislowandthecontrolformunitrunaway,toleadmechanicaldamageunderhighvoltageaction,eventoendangerperformanceispoor.Whenasuddentripaccidentdamageunderhighspeedactionandtoleadinsulationthepersonalsafety.Theautomationequipmentsanddevicesthatareadoptedbylargeandmedium-sizedhydropowerstationsgenerallyaremoreadvanced,complicated,expensiveandnotsuitableforpopularizationandapplicationintheruralsmallhydropowerstation.Inviewofaboveproblems,proceedingfromactualsituationcombinedwiththestatusquoanddevelopmenttrendofcurrenthydropowerautomation,thearticledetailstheautomationrenovationpracticeandapplicationbyadoptingsmalldigitalintelligentgovernorvalveinZezhouBaishuiRiverFirstStageHydropowerandthegreatsignificanceforimprovingproductionefficiency,safety.Station,andanalyzestheadvantages,disadvantagesforpromotingtheruralsmallhydropowerstations＇Keywords:Intelligentgovernor;Smallhydropowerstation;Practiceandapplication1泽州县农村小水电概况我县境内主要河流有三条：分别是沁河、丹河和白水河。其中沁河属黄河水系，全长450公里，区内河长34.1公里；丹河属黄河水系，全长86公里，区内河长68.85公里；白水河属黄河水系，全长58.9公里，区内河长20.6公里。县境内河流水能理论蕴藏量为9.22万千瓦,其中可开发量为6.23万千瓦，至2012年底已开发小水电站18处，总装机43290千瓦，占可开发量的69.5%，年发电量为9904万度。我县水电供电区域总面积345.6平方公里，用电乡镇4个，用电户数1.34万户，用电人口4.38万人，农村水电开发取得了显著的经济、社会和生态效益，有效地促进了当地民生的改善。2白水河一级水电站基本情况白水河一级水电站位于泽州县大箕镇后掌村白水河下游，距离晋城市区约50公里，为低坝引水径流式水电站。电站以发电为单一开发目标，是白水河流域梯级电站开发项目的第一级电站。该站设计水头52m，设计流量1.3m3/s，装机2台，容量为1×320kW+1×200kW，工程主要由拦河低坝、引水建筑物、厂区建筑物三大部分组成。主结线采用两机一变的接线方案，通过2.5km输电线路，与白水河二级电站输电线路T接，并入大网。该站水轮发电机组采用河南省西峡水电设备厂生产的卧式金属蜗壳混流式机组，型号HLA253-WJ-42；进水部分配用500mm闸阀，调速器采用150Kg.m手力式调速器，均为手动控制，机组开、停机及负荷调节均由手动进行。3存在的问题①调节性能差，劳动强度大由于该站调速器采用的是手力式调速器，无自动调节能力，机组的开、停机及并网后的负荷调节均由手动进行，其调节过程完全依据操作人员的工作经验，导致负荷调节时间长、精度差，稍有不慎便会引起操作失误；受来水量变化影响机组调节频繁，不但操作人员的劳动强度大，而且频率稳定性差，不能保证电能质量。②运行不稳定，突发事故时极易造成机组飞逸由于小型水轮发电机组主要以并网运行为主，当突发线路故障或其它原因导致机组突然甩负荷时将造成机组飞逸，致使机组在高转速作用下引起机械损坏，在高电压作用下引起绝缘损坏，甚至危及人身安全。虽然机组本身设计有水电阻自投装置，但水阻阻值受自然条件影响变化较大，水阻装置投入后电流非大即小，稳定性差，可靠性低，对发电机冲击很大，极易造成设备事故。4解决办法针对以上存在的问题，我局对白水河一级水电站使用的手力式调速器进行了全面的更新改造，采用由天津科音自控设备有限公司研制生产的小型数字阀智能调速器，产品型号为YWFT-300，具体情况如下：4.1产品性能数字阀智能调速器机械液压随动系统，采用数字阀替代传统的电液转换器和主配压阀，降低了对油质的要求，从根本上解决了传统调速器电液转换元件由于油污造成的发卡的弊病。数字阀高度集成化、组合化，结构紧凑，三化程度高，可实现无泄漏控制。数字阀具有高油压、大流量、低液阻、系统效率高等传统调速器滑阀系统无法比拟的优点。由于数字阀技术是采用高速电磁阀为先导阀，以插装阀为主阀，只有通/断两个状态，而且数字阀采用锥阀密封形式，可以保证在31.5MPa下无泄漏，所以数字阀具有液压锁的功能。因此数字阀智能调速器无机械反馈，在测频信号消失及断电等情况下，具有故障锁定的功能。数字阀具有快速开启与关闭特性，并可灵活地对开、关特性进行控制，故而数字阀智能调速器的静态和动态品质极为优良。4.2功能与特点●采用数字阀替代传统的电液转换元件和主配压阀；●可适应各种不同容积的接力器，实现精确调节；●过渡时间短，动态品质好；●对油质无要求，拥有超强的抗卡阻能力；●液压锁定功能；●无泄漏、无漂移；●真正意义上的无杠杆、无管路、无机械反馈；●双调节调速器，采用数字协联，协联精度高；●维护简单，调试方便；●油泵电机启动间隔时间长，节能且大大延长了油泵及电机的使用寿命；●工作油压：2.5/4.0/6.3Mpa。4.3产品外观如下图：5改造情况白水河一级水电站总共更换小型数字阀智能调速器2台，产品型号为YWFT-300。本着物尽其用的原则，在原有的控制保护系统不变的前提下，每台机组只需新增1台数字阀智能调速器及其控制柜即可，现场改造工作量小，二次系统衔接简单，改造工期较短。具体过程如下：①首先拆除原有的手力式调速器；②根据厂家提供的图纸，进行智能调速器基础改造；③在厂家技术支持下，安装智能调速器及二次系统衔接；④由厂家技术人员进行现场调试及技术指导；⑤调试完毕后机组并网发电并由厂家技术人员负责运行人员的现场培训。6使用情况机组经改造后使用情况良好，经现场试验，可达到如下功能：6.1具有手动开机、电手动开机、自动开机三种操作模式，且可无条件无扰动切换，具体操作流程如下：①手动开机具备开机条件后，将调速器控制柜面板上的“手动/自动”旋钮转换到“手动”位置。点动机械部分上调速器正常开启与关闭电磁阀开启侧的手动按钮触头，将导叶开度慢慢打开，与此同时观察机组频率及开度等有关参数的变化,如果频率上升过快则需通过关闭手动按钮触头将导叶开度适当减少。依此方法不断的调节开度使机组稳定在额定转速。②电手动开机具备开机条件后，将调速器控制柜面板上的“手动/自动”旋钮转换到“手动”位置。点动控制柜面板上的“电动开/电动关”旋钮，将其拨到“电动开”位置，则此时导叶接力器往开启方向移动，与此同时观察机组频率及开度等有关参数的变化,如果频率上升过快则需将此旋钮拨转到“电动关”位置，将导叶开度适当减少。依此方法不断的调节开度使机组稳定在额定转速。③自动开机具备开机条件后，将调速器控制柜面板上的“手动/自动”旋钮转换到“自动”位置，在操作面板上按下“开机”按钮。之后调速器自动开启接力器并进行调节，运行人员观察机组频率及开度等有关参数，机组应自动稳定在额定转速。6.2具有频率调节、开度调节模式，并可实现调节模式间的无扰动切换。6.3具有很强的自诊断、防错、纠错及容错功能。6.4由于本站采用交流控制电源，当电站出现系统停电故障时，急停电磁阀复位使接力器立刻关闭，确保发电机不过速飞逸。6.5具有参数记忆功能。PMC可保存数据存储器的内容，方便运行人员修改参数。6.6具有故障锁定功能。数字阀具有液压锁的功能，因此调速器在测频信号消失及电控部分损坏的情况下，具有故障锁定的功能。6.7数字阀PMC微控制器调速器结构框图如下：6.8调速器自动运行时的工作过程如下：①接到开机命令后，按照预设的开机规律开机。②如选择跟踪网频模式，当网频测量正常时，PMC按照机频与网频的差值进行PID运算，为实现快速并网做好准备；当网频测量故障时，自动切换为停止跟踪网频模式，PMC按照机频与频率给定的差值进行PID运算。PMC根据电气开度和实际开度的差值输出脉宽调制信号，经功率放大后驱动电磁阀，电磁阀直接控制接力器调节导叶开度，使机组自动运行于空载工况。③并网后，如与大网联网运行，自动选择开度调节模式；如为孤网运行，则自动选择频率调节模式。④通过人机界面改变开度给定值，调节器经PI运算后，实现负荷调节。⑤接到停机命令后，调速器自动将机组关机，完成停机过程。正常停机有三种方式：手动停机、电手动停机、自动停机。停机程序较为简单，在此不再累述。6.9甩负荷当发电机出现故障或者电网出现故障并导致发电机保护装置动作致使断路器分闸，一旦调速器检测到断路器分闸且转速开始上升，则PMC主机会控制快速关闭电磁阀动作，导叶开度迅速减小。在这个过程中，在开度大于二段拐点设定值之前，快关阀长带电动作；当开度小于二段拐点设定值之后，快关阀退出动作并由关闭电磁阀以脉动方式关闭到空载开度设定点。如果此时没有停机指令，则调速器转为空载运行发电机转速稳定在额定转速，待故障解除后再次同期并网。7结束语白水河一级水电站通过实施上述工程改造，机组运行情况有了明显好转，各种状态、参数均能正确动作显示，完全达到当初的设计要求，不但增强了机组运行的稳定性，提高了电能质量，而且极大地减轻了运行人员的劳动强度，对于提高电站生产效率、促进安全生产都具有积极的意义。参考文献：［1］陈光大，蔡维由，刘海峰.小型水电站综合自动化系统的模式探讨.中国农村水利水电，2001年12期.［2］高亚平.小型水电站计算机监控系统结构模式探讨.水利水电技术，1996年06期.［3］《小型水力发电站自动化设计规定》.水利部，SL229—200