【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 信號(hào),經(jīng)過(guò)降壓、濾波、整形、分頻后變成方波信號(hào)與500KHZ脈沖源相與，通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊對(duì)其脈沖源數(shù)進(jìn)行高速計(jì)數(shù)，NR =Nk+Nk1+Nk2+Nk3+Nk4+Nk5(k為當(dāng)前時(shí)刻)則機(jī)、網(wǎng)頻一個(gè)周期的脈沖個(gè)數(shù)為NR—NR1，頻率計(jì)算方法為：f = 3106/ NR—NR1 當(dāng)兩個(gè)相鄰上升的一個(gè)周期脈沖個(gè)數(shù)為NR—NR1=60000個(gè)脈沖時(shí)：頻率f =3106/60000=50Hz高速計(jì)數(shù)模塊將從PT送來(lái)的機(jī)，網(wǎng)頻信號(hào)（f j，f w）處理后，得到的頻率差△f。被控機(jī)組在空載工況下，網(wǎng)頻正常且為跟蹤狀態(tài)時(shí)的頻差為：△f = f w—f J機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，空載無(wú)網(wǎng)頻，或在不跟蹤工況下，頻差為：△f = f G—f J ，f G為頻率給定值。 測(cè)頻環(huán)節(jié)的可靠性、穩(wěn)定性以及精度和實(shí)時(shí)性是保證調(diào)節(jié)品質(zhì)的關(guān)鍵所在，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懻{(diào)速器的調(diào)節(jié)品質(zhì)和整機(jī)的運(yùn)行狀況，因此我方將通過(guò)以下方式確保調(diào)速器系統(tǒng)測(cè)頻的高可靠性：(1)機(jī)組的測(cè)頻采用兩路(PT、齒盤(pán))互為熱備用，網(wǎng)頻采用PT測(cè)頻。(2)機(jī)組頻率fj反饋信號(hào)：～180V；～100HZ。(3)系統(tǒng)頻率fw反饋信號(hào)：母線PT電壓80V～180V；～100HZ。(4)為提高齒盤(pán)齒盤(pán)精度，齒盤(pán)測(cè)速設(shè)計(jì)為雙傳感器。殘壓+齒盤(pán)冗余式測(cè)頻技術(shù)說(shuō)明(1) 測(cè)頻裝置是決定水輪發(fā)電機(jī)組及調(diào)速器安全、穩(wěn)定運(yùn)行極為關(guān)鍵的部件。目前，國(guó)內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組微機(jī)調(diào)速器的測(cè)頻信號(hào)均取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器(PT)信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)是成本低、安裝簡(jiǎn)單，但也存在著缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：第一、干擾源復(fù)雜且難以排除，部分表計(jì)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、保護(hù)裝置大多與測(cè)頻裝置取自于同一PT的信號(hào)，無(wú)法隔開(kāi)，而且各個(gè)部分引入PT信號(hào)的線路環(huán)境各異，走線復(fù)雜，彼此間相互干擾。即使采用屏蔽線、硬件抗干擾、軟件濾波等措施均難有效地消除干擾，特別是在殘壓比較低時(shí)更是如此。第二、低轉(zhuǎn)速時(shí)殘壓信號(hào)嚴(yán)重失真，根本無(wú)法通過(guò)殘壓信號(hào)正確測(cè)量出機(jī)組頻率。第三、若PT的保險(xiǎn)炸裂、接觸不良或斷線等。(2) 采用齒盤(pán)測(cè)頻(即采用接近開(kāi)關(guān)和齒盤(pán))檢測(cè)機(jī)組頻率，其信號(hào)的電壓幅值穩(wěn)定，且為獨(dú)立的系統(tǒng)，不易受現(xiàn)場(chǎng)干擾，是可靠的測(cè)頻信號(hào)源。齒盤(pán)測(cè)頻的頻率信號(hào)源是通過(guò)一對(duì)電磁感應(yīng)式的進(jìn)口的接近開(kāi)關(guān)取自于安裝在機(jī)組大軸上齒盤(pán)裝置，該信號(hào)系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，其幅值與機(jī)組轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可靠性高。該裝置從根本上解決了頻率信號(hào)的干擾問(wèn)題。(3) 測(cè)頻環(huán)節(jié)是決定水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器安全、穩(wěn)定運(yùn)行極為關(guān)鍵的部分，采用齒盤(pán)測(cè)頻和殘壓測(cè)頻形式的雙路測(cè)頻是最可靠的方案。雙路測(cè)頻互為熱備用，一旦某路故障，立即無(wú)擾動(dòng)切換到另一路，并發(fā)故障信號(hào)。齒盤(pán)測(cè)頻結(jié)構(gòu)示意圖與工作過(guò)程： 齒盤(pán)測(cè)頻由齒盤(pán)、接近開(kāi)關(guān)和微機(jī)測(cè)頻單元組成，如圖示： 3T2T133 5V 24V G齒盤(pán)測(cè)頻電 源PD16位數(shù)字量機(jī)頻顯示安裝在水輪發(fā)電機(jī)組大軸上的齒盤(pán)與一對(duì)電磁式接近開(kāi)關(guān)一起組成了頻率信號(hào)產(chǎn)生單元。由信號(hào)整形電路、濾波電路、單片機(jī)和機(jī)頻信號(hào)輸出電路一起構(gòu)成了頻率信號(hào)測(cè)量單元。頻率測(cè)量單元將測(cè)量出的機(jī)組頻率以方波或數(shù)字量形式送到調(diào)速器。當(dāng)機(jī)組大軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶著齒盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)，固定在支架上一對(duì)電磁式接近開(kāi)關(guān)就產(chǎn)生了兩個(gè)信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)將這兩個(gè)信號(hào)組合、濾波、計(jì)算等處理后得一個(gè)與機(jī)組頻率成正比的值，并將這個(gè)值以方波或數(shù)字量形式送到微機(jī)調(diào)速器。T1，T2為電磁式接近開(kāi)關(guān)，T1與T2位置與機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向順序不能錯(cuò)。TT2與齒盤(pán)測(cè)頻裝置之間采用3芯屏蔽線。采用該形式的齒盤(pán)測(cè)頻，在保證實(shí)時(shí)性的要求下，其測(cè)頻誤差：＜177。雙路測(cè)頻是采用齒盤(pán)的信號(hào)和機(jī)組PT的機(jī)頻信號(hào)同時(shí)送到PLC，PLC同時(shí)測(cè)量?jī)陕窓C(jī)組頻率。當(dāng)兩路頻率信號(hào)都正常時(shí)，調(diào)速器取平均值作為機(jī)頻信號(hào)；當(dāng)其中一路故障時(shí)，調(diào)速器取另一路作為主用機(jī)頻信號(hào)；當(dāng)兩路信號(hào)全部故障時(shí)，調(diào)速器自動(dòng)切換到電手動(dòng)運(yùn)行，并報(bào)警。第四章 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的硬件一、PLC微機(jī)調(diào)速器（以雙Modicon TSX Quantum系統(tǒng)的微機(jī)調(diào)節(jié)器為例） 概述調(diào)速系統(tǒng)配備兩套完全相同的微機(jī)調(diào)節(jié)器構(gòu)成雙通道冗余結(jié)構(gòu)安裝在控制柜內(nèi)機(jī)架上，雙系統(tǒng)采用主、備運(yùn)行方式，一套工作，一套備用。備用機(jī)自動(dòng)跟蹤工作機(jī)狀態(tài)，當(dāng)工作機(jī)有故障時(shí)自動(dòng)無(wú)干擾切換到備用態(tài)，備用機(jī)投入工作。若兩套系統(tǒng)同時(shí)故障時(shí)，自動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換到純手動(dòng)控制方式下運(yùn)行。 硬件調(diào)節(jié)器采用施耐德公司Modicon TSX Quantum 140CPU434 12A型可編程控制器為調(diào)節(jié)控制中心。Modicon TSX Quantum 140CPU434 12A型可編程控制器為32位機(jī)，時(shí)鐘頻率66MHz，是目前可編程控制器調(diào)速器中配置最高的一種(輸入點(diǎn)數(shù)8192點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)8192點(diǎn))，是一種高檔機(jī)型；控制指令豐富，網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)；調(diào)速系統(tǒng)配備的PLC能適應(yīng)將來(lái)主要功能和輔助功能擴(kuò)展的需要。PLC裝在柜內(nèi)機(jī)架上，并能適應(yīng)招標(biāo)文件所列的環(huán)境條件而長(zhǎng)期工作。調(diào)速系統(tǒng)滿足規(guī)定的所有功能要求，包括在線／離線自診斷功能。在外界條件允許的變化范圍內(nèi)運(yùn)行而不產(chǎn)生漂移。PLC的I／0模塊與外部的I／0信號(hào)均有光電隔離措施各種型號(hào)的模擬輸入輸出及數(shù)字輸入、輸出通道數(shù)配置并預(yù)留25%的裕量，所有的電氣模塊均可帶電拔插。Modicon TSX Quantum 140 CPU434 12A可編程控制器主要配置序號(hào)型號(hào)元器件名稱生產(chǎn)廠家說(shuō)明1140CPU43412ACPU法國(guó)施耐德公司閃存/SRAM:1M/2M，離散量：65535 時(shí)鐘頻率66MHz寄存器：57K， IEC 11313程序容量：896K,梯形圖：64K, 掃描時(shí)間：~2140CPS 214 00電源模塊法國(guó)施耐德公司24VDC，運(yùn)行方式，獨(dú)立/累加冗余過(guò)流過(guò)壓保護(hù)：8A3140EHC 202 00高速輸入法國(guó)施耐德公司總點(diǎn)數(shù)2，精度：500K4140DDI84100數(shù)字量輸入法國(guó)施耐德公司10~60VDC輸入，16點(diǎn)，每組兩點(diǎn)5140DDI35300數(shù)字量輸入法國(guó)施耐德公司24VDC輸入，32點(diǎn)，4組8輸入6140DDO84300數(shù)字量輸出法國(guó)施耐德公司10~60VDC輸出，16點(diǎn)，每組8點(diǎn)，最大負(fù)載電流：2A/點(diǎn)。響應(yīng)時(shí)間：1ms7140DDO35300數(shù)字量輸出法國(guó)施耐德公司24VDC輸出，32點(diǎn)，每組8點(diǎn)。響應(yīng)時(shí)間：1ms8140AVI03000模擬量輸入法國(guó)施耐德公司8路模擬量單極和雙極輸入，分辯率14~16位，全通道更新時(shí)間：10ms9140ACO130 00模擬量輸出法國(guó)施耐德公司8路模擬量輸出，1~5VDC，4~20mA, 分辯率12位10140AVO02000模擬量輸出法國(guó)施耐德公司4路模擬量輸出，1~5VDC，4~20mA, 分辯率12位,11140 ERT 854 10事件順序記錄GPS接口，7輸入/5輸出,總點(diǎn)數(shù) 32 ，精度1ms12140XBP01600底板法國(guó)施耐德公司13140XTS0200端子條法國(guó)施耐德公司14140NOE77111網(wǎng)絡(luò)模塊法國(guó)施耐德公司Ethernet TCP/IP 嵌入式Web服務(wù)器15LY2J/LY4J繼電器日本OMRON2對(duì)/4對(duì)（10A AC250V）16XB2BJ53C/XB2BD25C開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈法國(guó)施耐德公司3位/2位（波段開(kāi)關(guān)）17SS5GL2行程開(kāi)關(guān)日本OMRON5A AC 250V18ABL7RP開(kāi)關(guān)電源法國(guó)施耐德公司5V、177。12V/24V19GP2600觸摸屏日本DIGITAL”真彩 分辨率640480調(diào)速器輸入輸出原理圖雙機(jī)之間共享輸入開(kāi)關(guān)量指令信號(hào)、面板操作信號(hào)、顯示信號(hào)，共享一臺(tái)觸摸屏進(jìn)行人機(jī)對(duì)話和操作。每臺(tái)機(jī)有各自的導(dǎo)葉開(kāi)度、有功功率、水頭等模擬量信號(hào)和殘壓PT、齒盤(pán)雙路機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)及一路系統(tǒng)頻率信號(hào)。機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、切換閥等由工作機(jī)來(lái)控制，工作機(jī)將當(dāng)前的運(yùn)行工況、運(yùn)行參數(shù)、調(diào)節(jié)參數(shù)實(shí)時(shí)的傳送給備用機(jī)，備用機(jī)將采集的轉(zhuǎn)速信號(hào)、開(kāi)度信號(hào)、有功及水頭信號(hào)和自身的運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)的傳送給工用機(jī)，雙機(jī)間通過(guò)MB+（Modbus Plus）口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。雙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖:圖 12雙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖工作機(jī)本身硬件工作正常時(shí)，如果采集的輸入信號(hào)故障，則取用備用機(jī)的輸入信號(hào)；當(dāng)工作機(jī)硬件故障時(shí)則自動(dòng)退出，備用機(jī)自動(dòng)投入獲得控制權(quán)。備用機(jī)可熱備用也可冷備用，亦可全套拆除且不影響工作機(jī)正常工作。調(diào)速系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式的切換操作，保證機(jī)組有功、轉(zhuǎn)速及開(kāi)度不產(chǎn)生擾動(dòng)。微機(jī)調(diào)節(jié)器的主要部件：施耐德公司昆騰系列高檔PLC和施耐德及日本OMRON公司的元器件。調(diào)節(jié)器中CPU為高性能的Modicon TSX Quantum 140CPU434 12A，能完成調(diào)速器的各種功能，CPU字長(zhǎng)32位，離散量：65535，時(shí)鐘頻率66MHz。調(diào)節(jié)器內(nèi)存容量:閃存/SRAM : 1M/2M，寄存器：57K， IEC 11313程序容量：896K,梯形圖：64K,，可容納各種系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，調(diào)速器應(yīng)用程序 8K,占用內(nèi)存 8 K,留有足夠的擴(kuò)展容量。閃存/SRAM后備電池5年內(nèi)保證正常工作。每套調(diào)節(jié)器配備獨(dú)立的CPU模塊、電源模塊、通訊模塊和插拔式輸入輸出模塊（I/O模塊）。I/O模塊與外部的 I/O信號(hào)均應(yīng)有光電隔離措施并應(yīng)有發(fā)光二極管（LED）型指示燈以指示故障。串行通訊接口，用于現(xiàn)地與便攜式的PC機(jī)連接，以便修改、調(diào)試程序和設(shè)定參數(shù)，其中一個(gè)備用。調(diào)速系統(tǒng)的輔助試驗(yàn)功能和其他附加功能所需的通訊接口以便存取數(shù)據(jù)。第五章 水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的形式一、調(diào)速器的發(fā)展1．機(jī)械液壓調(diào)速器最早的水輪機(jī)調(diào)速器斗時(shí)機(jī)械液壓調(diào)速器，它是隨著水電建設(shè)發(fā)展而在20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的，它能滿足帶獨(dú)立負(fù)荷和中小型電網(wǎng)中運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)的需要，有教好的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，可靠性較高。但是，面臨大機(jī)組、大電網(wǎng)提出的高靈敏度、高性能和便于實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化的要求，機(jī)械液壓調(diào)速器固有的采用機(jī)械液壓方法進(jìn)行測(cè)量、信號(hào)綜合和穩(wěn)定調(diào)節(jié)的功能就露出明顯的缺陷?，F(xiàn)在，新建的大型水輪發(fā)電機(jī)組幾乎均步采用機(jī)械液壓調(diào)速器，只有中小型機(jī)組仍有相當(dāng)一部分采用機(jī)械液壓調(diào)速器，而且大部分電廠已經(jīng)改造為現(xiàn)代新型調(diào)速器。 2．電氣液壓調(diào)速器測(cè)速、穩(wěn)定及反饋信號(hào)用電氣方法產(chǎn)生，經(jīng)電氣綜合、放大后通過(guò)電氣液壓放大部分驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)接力器的調(diào)速器，稱為電氣液壓調(diào)速器。20世紀(jì)50年代以后，電氣液壓調(diào)速器獲得了較為廣泛的應(yīng)用。從采用的元件來(lái)看，它又經(jīng)歷了電子管、磁放大器、集成電路等幾個(gè)發(fā)展階段。20世紀(jì)80年代末期，出現(xiàn)了水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器并被廣泛采用。3 .數(shù)字式電液調(diào)速器隨著1971年微處理機(jī)的問(wèn)世，世界各國(guó)在20世紀(jì)80年代初都開(kāi)始研制微機(jī)（液壓）調(diào)速器。適應(yīng)式變參數(shù)微機(jī)調(diào)速器研制成功了，于1984年11月在湖南歐陽(yáng)海水電站進(jìn)行了試驗(yàn)并投入運(yùn)行，其后又與有關(guān)單位合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了雙微機(jī)單調(diào)節(jié)微機(jī)調(diào)速器和雙微機(jī)雙調(diào)節(jié)微機(jī)調(diào)速器，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，已有100多臺(tái)產(chǎn)品在水電站運(yùn)行。針對(duì)自行研制開(kāi)發(fā)的微機(jī)系統(tǒng)存在著由非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、批量過(guò)少而導(dǎo)致可靠性不高的問(wèn)題，1993年率先提出并完成了可編程控制器（液壓）調(diào)速器的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，至2000年底，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已有近600臺(tái)可編程控制器（液壓）調(diào)速器在國(guó)內(nèi)外水電站運(yùn)行。成為我國(guó)當(dāng)前水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器主導(dǎo)產(chǎn)品。從2000年下半年開(kāi)始，已開(kāi)始研制新一代的水輪機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器——基于現(xiàn)場(chǎng)總線的全數(shù)字微機(jī)調(diào)節(jié)器。顯然，隨著微機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、總線技術(shù)的發(fā)展，水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的微機(jī)調(diào)節(jié)器將會(huì)得到不斷的完善和發(fā)展。與微機(jī)調(diào)節(jié)器的發(fā)展同步，水輪機(jī)調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換裝置也由原來(lái)的單一的電液轉(zhuǎn)換器和電液伺服閥，發(fā)展成為由電磁閥、比例閥或者步進(jìn)電機(jī)/伺服電機(jī)構(gòu)成的電液轉(zhuǎn)換裝置。同時(shí)，還研制成功了三態(tài)/多態(tài)閥式的機(jī)械液壓系統(tǒng)。二、調(diào)速器的分類(lèi)，可分為單調(diào)調(diào)速器和雙調(diào)調(diào)速器。一般單調(diào)調(diào)速器用于反擊式機(jī)組中各類(lèi)型的定漿式機(jī)組。被控對(duì)象只有導(dǎo)葉，靠調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開(kāi)度大小來(lái)控制經(jīng)過(guò)水輪機(jī)葉片的水流量。雙調(diào)調(diào)速器用于各類(lèi)反擊式轉(zhuǎn)漿機(jī)組類(lèi)型。被控制對(duì)象由導(dǎo)葉和漿葉，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)葉的開(kāi)度以及漿葉的角度來(lái)控制水流對(duì)水輪機(jī)的出力，一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)漿類(lèi)機(jī)組存在導(dǎo)葉與漿葉的協(xié)聯(lián)控制。此外，雖然沖擊式機(jī)組被控制對(duì)象比較多，但我們歸其為另一類(lèi)n噴n折或者n噴1折型調(diào)速器，專門(mén)用于沖擊式機(jī)組。根據(jù)沖擊式機(jī)組的噴針數(shù)量以及折向器的數(shù)量不同，調(diào)速器的控制對(duì)象也不同。2 .水輪機(jī)調(diào)速器從整體上講是一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，機(jī)械執(zhí)行部分我們采用液壓控制。根據(jù)電液轉(zhuǎn)換方式來(lái)劃分，可分為數(shù)字式（SLT）、步進(jìn)電機(jī)式（BWT）、比例式（PSWT）調(diào)速器。有時(shí)數(shù)字式和比例式結(jié)合在一起使用。數(shù)字式調(diào)速器利用電磁閥用數(shù)字脈沖控制閥的開(kāi)關(guān)，達(dá)到控制接力器開(kāi)關(guān)的效果。而步進(jìn)式調(diào)速器利用電流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生豎直方向位移，協(xié)同主配壓閥控制接力器的開(kāi)關(guān)。比例閥通過(guò)比例控制器和主配壓閥完成電液轉(zhuǎn)換。3 .根據(jù)使用的油壓大小分為常規(guī)油壓和高油壓調(diào)速器。常規(guī)油壓有：，高油壓一般為16MP其中壓力油罐的容量根據(jù)接力器油腔的大小而定。4 .根據(jù)所控制機(jī)組容量的大小可分為大型調(diào)速器和中型、小型調(diào)速器。一般來(lái)說(shuō)，我們的小型調(diào)速器都采用數(shù)字式，我們有以下型號(hào)產(chǎn)品：SLT—300，SLT—600，SLT—1000。中型調(diào)速器客戶要求以及實(shí)際情況有多種形式，如果用