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【摘 要】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；水电站；运行；工作原理；应用
1、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。
2、工作原理和系統结构
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。
1）电气控制部分：采用日本三菱的高性能可编程控制器FX2N系列作为硬件主体，可靠性高，利用PLC的高速计数和中断功能由PLC实现测频，外围电路简单，可靠性高；用PWM算法实现对机械液压部分电磁阀的控制，从而实现调速器的全数字控制。
具有可编程控制并联补偿自适用式PID调节、频率调节、开度调节、水位控制和功率调节等、具有手动和自动两种操作方式、同时可利用触摸屏修改调整如下参数：永态转差系数bp、暂态转差系数bt、缓冲时间常用数td、加速时间常数tn、频率死区、频率给定、电气开限、放大倍数、水头等。
2）机械液压随动系统：机械液压随动系统由数字阀、主控阀、手动控制阀组成，其中数字阀是实现接力器先导控制的关键组件，其功能是接收位置控制板的脉冲信号，使直动式阀芯通/断动作，进而控制先导油口压力油的通/断，以控制主控阀液流产生相应通/断的动作。主控阀是实现接力器主级控制的关键组件，它接收来自数字阀的通/断信号，使主阀芯产生通/断动作，进而控制通向主接力器主供作油路液流的通/断，以控制主接力器的信移。手动控制阀是实现接力器纯手动先导控制组件，是通过手柄推/拉带动阀芯通/断动作，进而控制手动阀先导控制油口压力油的通/断，以控制主控阀液流产生相应通/断的动作。
3、现场调试与运行
3.1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。
充水前试验首先做好安全措施：①机电检修施工结束，工作票收回，并开静态试验工作票②拉开发电机开关、刀闸。③全开工作门。④水车室，水涡轮内不得有人工作。⑤试验中需操作电源、闸门的地方，有试验负责人与运行人员联系。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。
3.2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。其次做好安全措施：①在空载试验时，拉开发电机刀闸、并切断操作电源。②油压装置能正常工作，两台油泵一台自动一台备用。
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。
3.3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。
4、调速器运行性能
在考核调速器当中，当机组在额定转速空载运行和带孤立负荷时，调速器系统能稳定地控制机组转速。当发电机与外电网并联运行时，调速系统也能在零到最大出力范内控制机组出力稳定地运行。
静态特性：调速器具有良好的静态特性，在导叶接力器全行程范围内转速对接力器位置的关系曲线近似直线，协联随动装置不准确度<1.5%，发电机在额定转速空载运行时，由调速系统控制的机组转速波动值不超过额定转速的±0.2%，试验时测量持续3min。发电机在额定负荷下与外网并联运行，永态转差系数或转差率整定在2%或以上，当人工频率失灵区投入时，且电网频率波动值不超过人工失灵区给定值的±0.5%时，由调速系统控制的水轮机导叶开度波动值不超过水轮机导叶最大开度的±0.2%。主接力器的转速死区不超过±0.02%。
动态特性：调速器保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性。在自动空载工况运行时，水轮发电机组转速摆动相对值不超过±0.15%。机组甩100%额定负荷后，在转速变化过程中，超过稳态转速3%额定转速值以上的波峰不超过2次。机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速波动相对值不超过±0.5%止所经历的时间不大于40s。转速或指令信号按规定变化时，接力器不动时间不超过0.2s。电气装置在工作电源与备用电源切换时，或手动、自动切换时，以及其他控制方式之间相互切换和参数调整时，水轮机导叶接力器的行程变化不超过其全行程的±1% 。
5、结束语
调速器有计算机接口与后台机进行连接，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，为优质发供电打下了坚实的基础。
【关键词】微机调速器；水电站；运行；工作原理；应用
1、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。
2、工作原理和系統结构
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。
1）电气控制部分：采用日本三菱的高性能可编程控制器FX2N系列作为硬件主体，可靠性高，利用PLC的高速计数和中断功能由PLC实现测频，外围电路简单，可靠性高；用PWM算法实现对机械液压部分电磁阀的控制，从而实现调速器的全数字控制。
具有可编程控制并联补偿自适用式PID调节、频率调节、开度调节、水位控制和功率调节等、具有手动和自动两种操作方式、同时可利用触摸屏修改调整如下参数：永态转差系数bp、暂态转差系数bt、缓冲时间常用数td、加速时间常数tn、频率死区、频率给定、电气开限、放大倍数、水头等。
2）机械液压随动系统：机械液压随动系统由数字阀、主控阀、手动控制阀组成，其中数字阀是实现接力器先导控制的关键组件，其功能是接收位置控制板的脉冲信号，使直动式阀芯通/断动作，进而控制先导油口压力油的通/断，以控制主控阀液流产生相应通/断的动作。主控阀是实现接力器主级控制的关键组件，它接收来自数字阀的通/断信号，使主阀芯产生通/断动作，进而控制通向主接力器主供作油路液流的通/断，以控制主接力器的信移。手动控制阀是实现接力器纯手动先导控制组件，是通过手柄推/拉带动阀芯通/断动作，进而控制手动阀先导控制油口压力油的通/断，以控制主控阀液流产生相应通/断的动作。
3、现场调试与运行
3.1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。
充水前试验首先做好安全措施：①机电检修施工结束，工作票收回，并开静态试验工作票②拉开发电机开关、刀闸。③全开工作门。④水车室，水涡轮内不得有人工作。⑤试验中需操作电源、闸门的地方，有试验负责人与运行人员联系。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。
3.2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。其次做好安全措施：①在空载试验时，拉开发电机刀闸、并切断操作电源。②油压装置能正常工作，两台油泵一台自动一台备用。
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。
3.3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。
4、调速器运行性能
在考核调速器当中，当机组在额定转速空载运行和带孤立负荷时，调速器系统能稳定地控制机组转速。当发电机与外电网并联运行时，调速系统也能在零到最大出力范内控制机组出力稳定地运行。
静态特性：调速器具有良好的静态特性，在导叶接力器全行程范围内转速对接力器位置的关系曲线近似直线，协联随动装置不准确度<1.5%，发电机在额定转速空载运行时，由调速系统控制的机组转速波动值不超过额定转速的±0.2%，试验时测量持续3min。发电机在额定负荷下与外网并联运行，永态转差系数或转差率整定在2%或以上，当人工频率失灵区投入时，且电网频率波动值不超过人工失灵区给定值的±0.5%时，由调速系统控制的水轮机导叶开度波动值不超过水轮机导叶最大开度的±0.2%。主接力器的转速死区不超过±0.02%。
动态特性：调速器保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性。在自动空载工况运行时，水轮发电机组转速摆动相对值不超过±0.15%。机组甩100%额定负荷后，在转速变化过程中，超过稳态转速3%额定转速值以上的波峰不超过2次。机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速波动相对值不超过±0.5%止所经历的时间不大于40s。转速或指令信号按规定变化时，接力器不动时间不超过0.2s。电气装置在工作电源与备用电源切换时，或手动、自动切换时，以及其他控制方式之间相互切换和参数调整时，水轮机导叶接力器的行程变化不超过其全行程的±1% 。
5、结束语
调速器有计算机接口与后台机进行连接，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，为优质发供电打下了坚实的基础。