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第一部分 水轮机调速器概述调速器的工作原理n现代水轮机分为冲击式水轮机和反击式水轮机 两大类。n反击式水轮机有混流式、轴流式、贯流式等n冲击式水轮机有水斗式、斜击式和双击式等n调速器与机组构成水轮机调节系统,调速器是 调节设备,机组是被调节设备,调速器是作用 于水轮机的,为水轮机服务。调速器的工作原理调节机构 (导水机)电能执行元件敏感元件稳定元件调节对 象(机组)综合环 节水能放大元件电能质量指标n电压:励磁调节器进行调整n频率:大型电力系统要求频率波动 0.2HZ,中小型电力系统要求频率波动 0.5HZ,频率的调节可以分为一次调频 ,二次调频,甚至三次调频多个过程来实 现,参于频率调节的环节也很多,最终的 执行机构是调速器。水轮机调节的基本任务n调速系统的主要任务就是:把系统频率对于其额 定值的偏移限制在一个相当小的范围内(如2% )。即根据负荷的变化不断调节水轮发电机组 的功率输出,并维持机组转速在规定的范围内 。n水轮机调节的基本任务是:当电力系统负荷发 生变化、机组转速出现偏差时,通过调速器相 应的改变流入水轮机流量,以使水轮机转矩与 发电机负荷转矩达到新的平衡,以维持频率在 规定的范围之内。 调速系统主要作用1、维持机组转速在额定转速附近,满足电网一次 调频要求;电力系统的频率稳定主要取决于系统内有功功率的平 衡,当系统缺有功时,系统频率就下降,当系统有功功 率多时,系统频率就上升。水轮机调速器的主要任务就 是发电机在空载时维护机组转速在额定值左右,而在并 网发电后调速器的主要作用是实现功率调节同时以50HZ 作为频率调节的给定值,并维持机组频率在50人工死 区范围内。一个性能良好的水轮机调速器可以保证发电 机组和电力系统的安全可靠,并且可以提高发电机组和 电力系统的技术经济指标2、控制并联机组间有功功率的分配 3、满足机组的正常操作要求:开停机、增减负荷,以 及空载时增减转速。 4、保证机组的安全运行 5、能接受电站计算机监控系统指令,实现机组的经济 运行(AGC),满足机组开停机、增减负荷的控制要 求。调速器系统的组成n主要由调速柜(电气柜和机械柜)、接力 器、油压装置三部分组成。 1、调速柜控制水轮机的主要设备,能感受指 令并加以放大,操作执行机构使转速保持 在额定范围内。 调速柜还可进行水轮机 开机、停机操作,并进行调速器参数的整 定。2、接力器调速器的执行机构,接力器控制水轮机 调速环(控制环)调节导叶开度,以改变 进入水轮机的流量。3、油压装置:提供调速系统动力,由压力油罐,回 油箱,油泵,漏油箱四部分组成。第二部分 SAFR-2000功能特点 及技术参数n2.1 SAFR-2000微机水轮机调速器简 介n2.2 装置硬件基本配置n2.3 SAFR2000微机调速器硬件系统n2.4 各插件面板说明n2.5 SAFR-2000型调速器的运行界面 n2.6 微机测速装置2.1 SAFR-2000微机水轮机调速 器简介n国电自动化研究院于2000年初推出了SAFR-2000电气控制柜 n采用了摩托罗拉公司的32位CPU MC68332作为控制核心,高级C语 言编程n其系统结构见图,其CPU内部集成了QSPI同步串行总线模块和TPU 定时处理模块以及MCU计算处理模块等。nQSPI同步串行总线可以和许多串行芯片,如A/D,D/A,D/I, D/O等器件接口,可处理有功功率、水头、水压等信号采集,导叶 及桨叶模拟量输出,增减令、开机令、停机令等开入信号采集,故 障开出信号处理等。nTPU模块可处理导叶及桨叶行程采样,频率测量和控制输出等nMCU模块则可处理PID调节计算等n该CPU集成度高,功能完善,可以充分提高系统的调节性能。 SAFR-2000系统结构图 2.2装置硬件基本配置如下(见 右图):n32位CPU主机模件2块 信号测量采集模件2块 控制输出通道模件2块 开关量输入/输出模件2 块 双机切换及通讯模件1块 交直流双重供电模件2块 组合开关电源模件2块 控制及信号继电器部件16 个 液晶显示工控机(人机 界面)1套n采用两套完全相同的微机控 制系统(A、B),互为备用; 通过故障自诊断进行双机切 换,严重故障时(如伺服阀 卡)可自动切换至手动运行 。2.3 SAFR2000微机调速器硬件 系统n系统控制插箱简介n A、B两套系统均为 标准8U插箱nA系统右侧比B系统 多一块双机切换模件n除此之外两套系统完 全一样,以A套系统 插箱为例,其插箱面 板如图所示 2.4 各插件面板说明如下 : n2.41双重供电模件:n 插件上有3个显示灯,自上而下, 为n“AC220V交流输入”n“DC220V直流输入”n“OUT整流电源输出”n分别显示电源当前状态。n下方有2个按键开关,分别控制交流电源和直流电源的通断。 n2.42组合电源模件:n插件上有3个显示灯,自上而下为n“+5V输出”n“+12V输出”n“-12V输出”n分别显示电源当前状态。面板下方有1个按键开关,用来控制电源 的输出n2.43主机模件:n插件上有8个显示灯,自上而下为“CAN总线指示”, “VCC电源指示”,“RXD1串口1接收”,“TXD1串口1 发送”,“RXD0串口0接收”,“TXD0串口0发送”, “RUN运行”和“STAT状态指示”。n串口1( RXD1、TXD1)主要用于和监控系统通讯,通讯 时RXD1、TXD1将闪烁;RXD0、TXD0主要用于和工控机通 讯,通讯时RXD0、TXD0将闪烁;运行时RUN灯将闪烁, 调试状态时熄灭;STAT状态灯表示装置故障/正常情况 ,其闪烁频率指示了当前系统状态,正常时频率为1HZ ,一般故障时频率为2HZ,严重故障时频率为3HZ。n面板下方左侧的调试窗内有1个调试串行口,1个BDM调 试接口和复位键,用作在线编程调试。n2.44采样模件:n插件上有8个显示灯,自上而下为“+12V电源”,“-12V电 源”,“+5V电源”,“-5V电源”,“VCC电源”及3个备用灯 ,分别显示电源当前状态。n2.45控制模件:n插件上有8个显示灯,自上而下为“+12V电源”,“-12V电 源”,“+5V电源”,“-5V电源”,“VCC电源”及3个备用灯 ,分别显示电源当前状态。n2.46数字模件:n插件上有8个显示灯,自上而下为“开机令”,“停机令”, “导叶手动”,“调相令”,“增加令”,“减少令”和“油开关 ”,分别显示各开关量输入信号状态。n2.47切换模件:n插件上有3个显示灯,自上而下为“A套主机”,“B套主机 ”和“切换电源”。切换电源灯用来指示切换模件的电源状 态,当A套为主机时,A套主机灯亮,B套主机灯灭;当 B套为主机时,A套主机灯灭,B套主机灯亮。面板下方 有1个切换键,用于控制主/从机切换。2.48继电器层简介n继电器层分为两条,各为8个继电器,如图所示:n各继电器定义如下:nWJ1-WJ4受A套脉冲增减控制;nWJ9-WJ12受B套脉冲增减控制;nWJ5,WJ13分别为导叶、轮叶自动/脉冲切换;nWJ6-WJ7为模拟量输出切换,WJ14-W15备用,WJ8,WJ16备用。n 交流电消失报警与直流电消失报警继电器安装在后面; 2.5 SAFR-2000型调速器的运行界 面nSAFR-2000装置采用带大屏幕(12)液晶显示的工控机作为显示 系统,内置智能化人机接口软件,以Windows NT为操作系统 n配以三维中文图形界面,智能显示系统以三维图形方式显示机构频 率表、导叶开度表、有功功率表、导叶开度限制表等。n另还有多种故障光字显示和各种信息显示(模拟量、开关量、状态 量等),并通过设置界面可在线修改人工失灵区、电气开限等,可 通过触摸屏或鼠标键盘操作,非常方便。nSAFR-2000型调速器的运行界面由5个窗口组成,分别为:主控窗、 设置窗、信息窗、开关量窗和报警窗。通过点击窗口下方的分页栏 可以选择相应的窗口。 n主控窗的界面如图所示:n主控窗是运行时的主窗口,在窗口上方正中显示了当前机组工况状态和调 速器的主要状态,左右两侧分别显示了机组频率、水头高度和导叶开度、 有功功率的数值(分为模拟表计显示与数字显示),在窗口中央是增加、 减少两个按键,通过点击它可以对机组转速及负荷进行调节控制。在按键 下方是用来显示输出控制量的平衡表。n设置窗的界面如图所示:n点击设置窗口时要求输入密码和用户名,密码和用户名均为“sysadm”, 注意要小写。密码和用户名正确后便可以再次点击设置窗,设置窗主要 用来对运行参数进行设置,窗口左边显示了几个重要的控制量的当前值 ,作为设置操作时的参考,左下方有一个“参数下发”按键和“发送指 示”信息,点击“参数下发”则将当前设置的参数下发至A、B系统,同 时由“发送指示”显示下发是否成功。右半部分提供了对水头、功率梯 度、开限、死区、调差、滑差、自动/人工水头以及机频是否跟踪网频进 行设置的窗口。n信息窗的界面如图所示:n信息窗用来显示系统的主要控制量及内部参数的当前值。窗口左右对称, 分别显示A、B两套系统较为详细的状态信息。n显示的信息包括:电网频率、频率给定、机组频率、机组转速、导叶给定 、导叶行程、轮叶给定、轮叶行程、稳零积分、电气开限、空载开度、转 速备用、导叶输出、轮叶输出、运行水头、功率给定等内部参数。n开关量窗口界面如图所示:n开关量窗口用来显示外部开关量操作命令。窗口左右对称,分别显 示A、B两套系统的信息。显示的开关量信号包括:油开关、开机令 、停机令、导手令、调相令、增加令、减少令、轮手令。n报警窗的界面如图所示:n报警窗用来显示故障报警和故障诊断处理信息,故障一旦被检 测到,即使立刻消失,在窗口显示中仍将一直保持报警,直到 点击窗口下方的“调速器故障复归”按键后,当前所有的故障 显示才被清除。这样,即可实现对偶发故障的记录。故障报警 信息分为A、B两套系统,包括:电源故障、电网频率、机组频 率、齿盘一路、齿盘二路、通信故障、励磁电源、导叶行程、 轮叶行程、导叶液压、轮叶液压、水头采样、有功功率。2.6 微机测速装置2.61 概述n一般微机测速装置通常以发电机残压或永磁机电压为测量信号,要求被测 量信号具有一定幅值以上的较为理想的正弦波。发电机转速较低时,其正 弦波的幅值及波形通常难以满足要求,在机组刹车时波形畸变可能更甚。 因此,这类测速装置在机组刹车以及低速运转的情况下,其转速测量的准 确性和可靠性就会降低,如果装置软件处理不够完善,甚至会出现误动作 。nWJCS-2000型微机测速装置使用先进的测量元件(感应齿盘和接近开关) 构成转速测量通道,将发电机的机械旋转转换成脉冲信号,这就使得转速 的测量与控制变得简单、可靠,彻底地从根本上解决了常规测速和一般微 机测速的缺陷和不足,真正做到了全范围测速,即从低转速情况下机组的 蠕动,到高转速情况下机组的过速,均能进行精确的监测。另外,当测量 元件(接近开关)掉电或发生其它故障时,单片机能进行自动判断,并将 转速测量信号切换到永磁机或残压测频,仍能保持一般微机测速装置的常 规运行,大大提高了WJCS-2000型微机测速装置的容错功能和可靠性。n2.62 WJCS-2000主要技术参数n1、测速范围:0-400%Ne(额定转速)n2、装置信号输出n (1)10路转速信号输出,每路均有两对单独的常开结点。n (2)1路故障报警输出结点(常开)。n3、输出结点动作容量: 阻性负载:AC220V/3A(DC220V/0.5A)n 感性负载:AC220V/1A(DC220V/0.1A)n4、测量分辨率:小于0.005Hzn5、可靠性指标:无故障连续运行时间20000小时n6、模拟量输出: 一路D/A信号输出 (4-20 mA或0-5 V)n5、工作电源:DC220V(15%) AC220V(15%)n6、输入信号要求:n残压通道: 0.2V200V(有效值),正玄或方波。n齿盘通道: 5V2
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