调速器系统运行维护规程.docx
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调速器系统运行维护规程
第九章调速器系统运行维护规程
1．主题内容与适应范围
1.1本规程给出了茶庵水电站WZT—100/60—6.3—SC00型步进式无油电转可编程微机调速器系统设备规范，规定了其运行、操作、维护与异常或事故情况下进行处理的基本原则和方法。
1.2本规程适用于茶庵电站调速器的运行维护
2.引用标准
W（Z）T—PLC系列步进式无油电转可编程微机调速器说明书
3．设备规范
3.1微机调速器主要技术数据
名称
单位
数值
备注
型号：
WZT—100/60—6.3—SC00
调速器死区
Ix（%）
＜（0.02~0.04）%
甩大于25%额定负荷时接力器不动时间
Ts（S）
≦0.2秒
测频环节
方式
残压测频或齿盘测频
测试范围
（Hz）
5~100
输入电压
（V）
0.2~200V
24V脉冲信号
残压
齿盘
脉冲调制时间
（ms）
1~20
测量精度
（Hz）
＜0.0015
调节参数
整定范围
永态转差系数
bq（%）
0~10%
分辨率1%
暂态转差系数
Bt（%）
0~200%
分辨率1%
缓冲时间常数
Td（S）
1~20秒
分辨率1秒
加速度时间常数
Tn（S）
0~3秒
分辨率0.1秒
比例增益
Kp
0~20.00
积分增益
KI
0.50~10.00
微分增益
KD
0~5.00
控制参数
整定范围
开度给定
PG（%）
0~100%
分辨率1%
频率给定
FG（Hz）
45.00~55.00Hz
分辨率0.01Hz
人工失灵区宽度
E（Hz）
0~±0.50Hz
分辨率0.01Hz
功率死区
Ep（%）
0~5%PN
开度限制
L（%）
0~100%
分辨率1%
功率给定
P（%）
0~120%PN
电源
参数
厂用交流电源
V、Hz
200V±10%，50Hz，
＜550伏安
厂用直流电源
V
220V（或110V）±10%，
＜520瓦
开关电源1
V
+24V
专供继电器及操作终端（液晶触摸屏）
开关电源2
V
+24V/+36V
专供步进电机驱动
±15V电源
V
±15V
供反馈用
PLC运算速度基本指令
0.08µS/指令
空载自动运行频率摆动
＜0.15%
步进电
机参数
步进电机型号
103H8222-0441
二相步进电机
2A/相
保持力矩
N·M
4.9
生产厂家
日本三洋公司
3.2机械液压部分主要技术参数
名称
单位
数值
备注
油压
装置
型号
HYZ—4.0/6.3
压力油罐容积
m3
4.0
回油箱容积
m3
5.4
工作油压
Mpa
6.3
油气比例
1:
2
滤油精度
µm
≤20
主配压阀名义直径
mm
100
自动补
气装置
型号
B302—2
耐压
Mpa
6.4
功率
W
70
电压
V
DC220
组合阀
型号
3ZF—0
通径
mm
40
输油量
LS
6
额定压力
Mpa
6.3
三相异步
电动机
型号
Y225M—4
功率
KW
45
电流
A
82.9
电压
V
380
频率
Hz
50
转速
r/min
1480
4．调速系统的工作原理
4.1自动调节
4.1.1闭环开机
WZT系列调速器在整个开机过程中,测频信号一直接入,调速系统始终处于闭环调节状态。
开机时将频率给定值置于50Hz,机频与频给的差值通过PID运算和协联计算后,其输出信号带动步进电机,控制导叶和桨叶使机组开机,直至机频达到50Hz,便完成了闭环开机过程。
在机组开机过程和空载运行中,调节器根据工况识别,自动将调节参数设置于空载参数,保证了机组并网前运行的稳定性。
4.1.2频率调节和频率跟踪
频率调节:
当调速器的频率调节方式开关处于“不跟踪”时，自动空载工况下的调速器受频率给定值控制，调节器对机频与频给的差值进行PID运算和协联计算，其输出信号带动步进电机,控制导叶和桨叶,直至机组频率等于给定频率，从而实现了频率调节。
频率给定值可通过触摸显示屏的增、减键进行整定，也可以按上位机或自动准同期装置的指令增、减。
频率跟踪：
当频率调节方式开关置于“跟踪”时，调速器自动将网频作为它的给定值。
与频率调节一样，在调节过程中，机组频率将始终趋同于作为给定频率的网频，从而实现了机组频率自动跟踪电网频率的功能。
4.1.3功率调节
机组并网前bp=0。
并网后，频给自动整定为50Hz；bp置整定值，实现有差调节；切除微分作用，并投入人工失灵区。
这时，导叶开度按—1/bp的比例随着频差变化，并入同一电网的机组将按各自的bp值自动调整功率。
当上位机或机旁的增、减给定按钮发出增、减负荷命令时，功率给定软件就相应改变功率给定值，功给信号一方面通过前馈回路直接叠加于积分输出值，一方面与积分输出值相比较，差值通过bp回路调整功率。
由于前馈信号的作用，负荷增减较快。
4.1.4桨叶协联
调速器的桨叶控制采用数字协联，由可编程控制器采集水头信号，带动桨叶步进电机，使桨叶转角等于计算值，从而实现桨叶协联。
当导叶开度等于零，或者转速低于52%时，起动转角信号将桨叶开至起动转角。
4.1.5波动控制
对于需要进行波动控制的机组，可将调速器的波动控制投入。
这样，机组甩负荷突然上升时，桨叶将不受正常协联关系的控制，转面受控于预先整定的波动信号。
此时，桨叶将被控制在一个固定的转角上，机组仅靠导叶的调节将转速控制在额定转速附近。
延时至机组流量减小到约50%额定流量时，桨叶即脱离波动控制，重新恢复协联控制。
4.1.6自动停机
调速器接到停机令时，给定频率将置于零，与闭环开机的过程数类似，机频与频给的差值通过PID运算和协联计算后，其输出信号带动步进电机，控制导叶和桨叶使机组关机，直至机频为零。
4.2手动操作与紧急停机
调速器的手动操作有两种方式：
一种是电手动，另一种是机械手动。
电手动是通过控制柜上的按钮对电液随动系统进行闭环手动操作，而机械手动是通过手动操作阀进行控制，只在调试工况下或电液比例阀故障时使用。
调速器手动操作时，有以下两种情况。
一是仅导叶需手动而桨叶仍为自动工况；二是桨叶需手动操作或导叶、桨叶都需要手动。
下面仅就导叶手动情况予以说明。
如果桨叶也需手动操作，可参照导叶手动操作进行，但应细心地交互操作，保持桨叶与导叶的协联关系。
4.2.1手动开停机
当机组具备开机条件后，将控制柜上的导叶手动切换按钮切至手动位置，可通过操作按钮操作导叶至启动开度，等转速升至80％后，即可反向操作按钮，使导叶关至空载开度附近，并根据机组转速细心调整导叶开度，使机组维持额定转速。
如果需要手动停机，则反向操作按钮，使导叶全关即可。
4.2.2手动增减负荷
机组并网后，操作按钮使机组带上所要求的负荷，并根据需要进行增减。
4.2.3手动、自动切换
4.2.3.1电手动和自动相互切换可随时无条件、无扰动地进行。
在自动运行时，无论何时需切换为电手动，只需按下自动切换按钮，即可用按钮进行手动操作。
在电手动运行时，可编程控制器能自动采集导叶接力器开度，并使调节器的输出与其相等。
因而可随时将手动运行切换为自动运行，接力器不会产生明显摆动。
4.2.3.2机械手动只在调试工况下或电液比例阀故障时使用，使用时应将比例阀至辅助接力器间的截止阀关闭。
由机械手动切为电手动或自动时，应在平衡表为0的条件下打开上述截止阀。
4.2.4紧急停机
无论在自动工况还是在手动工况，当机组过速或出现严重故障须紧急停机时，紧急停机电磁阀均可在紧急停机信号作用下动作，实现紧急停机。
5．机械液压部分概述
5.1构成与特点
5.1.1比例集成式电液随动装置:
电液随动装置由滤油器、直动式电液比例阀、手动操作阀、主配压阀和接力器电气反馈装置等部件构成。
对于控制导叶的电液随动装置，还有紧急停机电磁阀。
控制阀均为板式结构，全部集成于主配压阀的上部。
两套电液随动布置于回油箱上，回油箱还安装有控制柜，控制柜的面板上布置有关表计、按钮和指示灯。
电液随动装置用电液比例阀直接控制主配压阀，没有油管和调节杆件，结构简单，调整方便。
电气故障时，可保持机组故障前所带负荷，并自动切换为手动运行，具有可靠性高，耗油量小的突出特点。
5.1.2油压装置:
油压装置为分离式结构，圆筒形压力油罐与回油箱间用油管和阀门联结；压力油罐的侧壁装有电接点压力表、油位计及进出油截止阀等。
电机、泵组、阀组等安装于回油箱上。
分离式油压装置便于布置和安装。
联结油管、动力电缆和控制电缆均布置于运行层的电缆架内，油压装置设两台油泵，互为备用。
5.2工作原理
5.2.1电液随动装置各部件
5.2.1.1电液比例阀:
电液比例阀是由两个比例电磁铁推动的三位四通方向阀，其输出流量的大小，与输入比例电磁铁的电气控制信号成比例。
与一般电液伺服阀相比，该阀具有体积小、电磁力大、可靠性高、抗油污能力强等优点。
5.2.1.2主配压阀:
主配压阀与传统的结构不同，其引导阀芯被可靠地固定于中位，不能上下运动。
正常运行时，主配压阀的引导阀接通压力油。
当通往辅助接力器上腔的控制油路被切断时，主配活塞必然与引导闪芯一样处于中位，以使基辅助接力器上腔的油压力与该活塞进油腔的差压力相平衡。
当通往辅助接力器上腔的控制油路与排油接通时，主配活塞受其进油差压力的作用而向上偏离中位，使得辅助接力器上腔通过引导阀接通压力油。
当进入辅助接力器上腔的压力油流量与排油量相等时，主配活塞将稳定在中位上方的某一位置。
显然，辅助接力器上腔的排油量越大，使主配活塞稳定所需的压力油量就越大，因而主配活塞偏离中位的距离也越大。
如果控制油路又被切断，而辅助接力器上腔却仍与来自引导阀的压力油相通，由于辅助接力器上腔的工作面积大于主配活塞差压面积，因而主配活塞将在辅助接力器油压的作用下迅速回到中位，以使作用于它的油压力重新平衡。
同样，当辅助接力器上腔与压力油接通时，主配活塞将在辅助接力器上腔油压力作用下向下偏离中位，辅助接力器上腔将通过引导阀接通排油。
同样道理，主配活塞也会稳定在中位下方某一位置，且偏离距离与进入辅助接力器上腔的压力油流量成比例。
一旦控制油路又被切断，主配活塞将在其进行油腔差压力作用下重新回到中位。
从原理上讲，由于辅助接力器在偏离中位时，与引导阀共同形成了与输入流量相反的流量反馈，且流量负反馈的大小，在一定范围内辅助接力器偏离中位的距离成比例，因而辅助接力器这一积分环节，由于流量负反馈的存在，便成为一个受输入流量控制的比例环节了。
综上所述：
主配活塞在控制在控制油路正、负流量输入的作用下将产生向下、向上的位移，其位移量与输入的流量在一定范围内成比例；一旦控制油路被切断，主配活塞将迅速复中。
5.2.1.3手动操作阀:
调速器自动运行时，手动操作阀处于中位，辅助接力器上腔受电液比例阀正、负流量输出的控制。
调速器在机械手动运行时，电液比例阀出口控制油被切断，这时辅助接力器上腔将受手动操作阀正、负流量输出的控制。
5.2.1.4紧急停机电磁阀:
为了进行紧急停机，导叶控制部分的电液随动装置还设置了紧急停机电磁阀，正常运行时，压力油经过紧急停机电磁阀进入辅助接力器上腔和控制油路。
在事故情况下，紧急停机电磁阀动作，使辅助接力器上腔接通排油，同时切断油路的压力器的压力油源，使主配活塞快速上移，实现紧急停机。
5.2.1.5滤油器:
采用双联可切换滤油器，滤前滤后均装有压力表监视滤芯堵塞情况，切换阀芯即可切换滤芯以便清洗。
5.2.2电液随动装置系统工作原理
以导叶控制部分为例：
压力油过滤后，经急停机电磁阀后一路进入主配引导阀，另一路进入电液比例阀和手动操作阀。
正常运行时，紧急停机电磁阀为通路，主配引导阀接通压力油，电液比例阀直接与辅助接力器上腔相通。
当电气控制信号为零时，主配活塞准确地稳定于中位，产接力器也将稳定不动。
当电液比例阀阀芯在电气控制信号的作用下运动一定距离，使辅助接力器上腔接通排油时，主配活塞将自中位向上移一定距离，主接力器向关机侧运动。
主接力器在关机时，同时带动电气反馈装置，直到使电气控制信号回零，电液比例阀和主配活塞便随之复中，主接力器亦将向开机侧运动相应距离。
这样，主接力器将按一定比例随动于电气控制信号，构成了电液随动装置。
当电气控制部分发生故障时，调速器切至手动状态，辅助接力器上腔将受按钮或手动操作阀的控制，实现手动操作。
当电液比例阀发生故障时，将控制油路上的截止阀关闭，实现机械手动操作。
在事故情况下，紧急停机电磁阀动作，使辅助接力器上腔接通排油，同时切断了控制油路的压力油源，使主配活塞快速上移，实现紧急停机。
桨叶控制部分没有紧急停机电磁阀，其系统工作原理与导叶控制部分基本相同。
5.3油压装置主要部件
5.3.1压力油罐:
压力油罐用于储存和供给压力油,在压力油罐内油气比例为1:
2。
5.3.2回油箱:
回油箱由钢板焊接而成，是回油及漏油的汇集处。
5.3.3电机—泵组:
泵组使用的是螺杆泵，螺杆泵是利用互啮合的三根螺杆来排送油液的转子泵。
壳体、衬套和端盖组成油泵的泵体。
衬套为三个平行而互相连通的圆柱孔，衬套内装有一根特殊断面的主动螺杆及两根从动螺杆，互相配合并均匀地保持微小的间隙，使油泵分隔为压油腔与吸油腔。
油泵电动机固定在回油箱上，油泵的吸油腔通过吸油管与回油箱联通，压油腔与阀组相联。
螺杆泵运转平稳，且具有较高的效率。
5.3.4阀组:
阀组由单向阀、低压卸荷状态及安全阀（溢流阀）组成，串接在螺杆泵到压力油罐的油路上。
该阀组在泵组起动时处于卸荷状态，转速接近额定值时，螺杆泵才通过阀组的单向阀将压力油送入压力油罐。
当系统工作压力超过允许值时，阀组的安全阀（溢流阀）自动打开，将油排入回油箱，防止油泵和压力油罐过压。
5.4油压装置的工作过程
当电机驱动油泵高速旋转时，回油箱的透平油经吸油管吸入油腔，获得能量且后进入油腔，经组合阀和截止阀进入压力油罐。
当系统用油时。
压力油罐的压力油经截止并送至调速器，工作后，回油排入回油箱，如此往复循环。
压力油罐上的电接点压力表用来控制油泵的工作，光电开关用于监控压力油罐内油面情况，以便实现自动补气。
6．电气控制部分概述
6.1组成与特点
6.1.1电气控制部分组成
电气控制部分，是以PLC的各功能模块为核心硬件，辅以中文触摸显示屏、接口功能板、比例阀控制板及电源等部分组成。
6.1.2系统设计特点
采用了智能变结构、变参数的调节模式。
并网前为PID调节，并大网后为PI调节，根据工况辨识设置不同的调节参数，以确保各种工况下调节的稳定性和速动性，具有智能式操作和显示，为运行人员提供了方便、准确、直观的人机界面。
调速器内设有开机、停机、发电、增减功率等操作回路，只需给调速器相应的操作指令，调速器便能自动完成上述操作，简化了与水轮机自动操作回路的联系。
6.2功能模块
6.2.1CPU模块：
完成系统监控、程序执行与解释及模块的管理与信息交换。
6.2.2开关量输入模块：
主要完成对系统开关量的采集。
6.2.3开关量输出模块：
通常由多对接点组成，调速器的电气故障等信号通过该模块发出。
6.2.4模/数转换模块：
模/数转换模块本身自成系统，内部带有CPU及系统监控程序，能自动完成模拟量的采集，并将采集的结果进行处理。
可编程控制器主机只需将处理后的结果读出即可，因而基本上不占用主机运行时间。
模/数转换用于接力器反馈、水位信号等的模/数转换。
6.2.5数/模转换模块：
数/模转换模块本身自成系统，内部带有CPU及系统监控程序，能自动将数字量转换为对应的模拟量（电压或电流），并送至输出端子。
它用于PID调节器及数字协联输出的数/模转换。
6.2.6高速计数模块：
用来测量调速系统的机频、网频信号。
高速计数器模块计数频率为200KHz，可测得的最低频率为0.01Hz。
6.2.7中断输入模块：
中断输入模块与高速计数器模块配合，对调速器系统的机频、网频进行测量。
6.2.8触摸显示屏：
显示调速系统的所有工况，运行参数，控制参数等物理量。
6.2.9接口功能板：
接口功能板主要用来完成调速系统、机频、网频等信号的前置处理。
6.2.10比例控制阀控制板：
比例控制板用来将调节器输出信号与接力器位移信号的差值转换为控制比例阀动作的电信号，它由比较放大、死区补偿、调制放大、振动三角波形成等电路组成。
6.2.11手动操作板：
导叶、轮叶均处于自动时，手动操作板将调节输出和协联输出直接送至比例驱动板，同时导叶和轮叶的电手动输出值分别跟踪调节输出和协联输出值，以避免自动切至电手动时发生扰动。
当导叶、轮叶均处于手动时，导叶和轮叶的电手动输出值分别送至比例阀驱动板，若此时操作电手动增减开关，则电手动输出值相应增减。
6.2.12电源系统：
采用交直流供电的开关电源向调速器供电，厂用交流220V电源经由变压器隔离后送入开关电源，DC220V直流送入开关电源。
当厂用交流220V电源消失，自动切换至DC220V供电；当交流和直流同时接入时，由交流电源供电。
开关电源提供24V电源供PLC电源模块及调速器操作回路使用，开关电源还提供+5V、±12V电源供调速器前置处理模块和比例阀控制板使用。
7．操作与维护
7.1电液随动装置的调整
7.1.1充油排气
导叶、桨叶电液随动装置充油前，油压装置升压至额定油压的三分之一，手自动切换阀置于手动，手动操作阀置关机侧。
缓慢打开主供油阀，这时接力器应处于全关位置。
用手动操作阀缓慢开机，使接力器向开机侧运动一定距离，然后细心调整主配引导阀芯，直到接力器没有爬行为止。
将引导阀芯可靠固定，反复手动操作接力器全开、全关，使各部分充油排气，以消除可能出现的振动。
然后油压装置升压至额定压力，重复上述操作，细心检查各部位有无漏油或其他异常。
7.1.2导叶接力器开、关机时间的调整
在额定工作油压下，手动操作使导叶接力器全开，调整主配压阀的开、关机时间调整螺栓，用动作紧急停机电磁阀和操作电液比例阀的方法使主接力器快速关闭和开启，测量其全关和全开时间（即自75%关到25%和自25%开到75%所需时间的两倍），使之满足调节保证计算的要求。
7.1.3浆叶接力器开、关机时间的调整
手动操作使桨叶接力器全开，调整主配压阀的开、关机时间调整螺栓，用操作电液比例阀的方法使桨叶接力器快速关闭和开启，测量其全关和全开时间（即自75%关到25%和自25%开到75%所需时间的两倍），使之满足调节保证计算的要求。
7.2电液随动装置的维护
运行中要保持设备的清洁，滤油器应定期清洗，当滤油器前后的压差大于规定值时要及时清洗。
清洗滤网时应注意滤网是否损坏，如果损坏应及时更换。
此外还应随时注意各连接、调整部位是否有松动现象，如果松动应及时并紧。
7.3油压装置的启动步骤
7.3.1启动前的检查
7.3.1.1油泵与电机联结后，应用手轻转，要求转动灵活轻便，无别劲卡阻现象；
7.3.1.2油泵与吸油管联结处，必须严格密封，否则油泵工作时会因吸入空气而产生剧烈振动；
7.3.1.3所有零件须清洗干净，然后用汽轮机油润滑装配。
7.3.2第一次启动（含检修启动）的步骤
7.3.2.1开启油泵组至压力油罐的截止阀，向螺杆泵衬套内注汽轮机油至溢出为止。
7.3.2.2用瞬间启动油泵电机方式，检查螺杆旋转方向是否正确。
7.3.2.3启动螺杆泵向压力油罐送油，直到压力油罐内油位略低于正常油位。
7.3.2.4然后向罐内送入压缩空气，当压力升至额定油压的三分之一左右时，检查各处是否漏气、漏油。
7.3.2.5如无渗漏便进行电液随动装置的充油调整，然后继续升压至工作油压，稳压约30分钟，若无异常即可投入运行。
7.3.3油压装置的维护
7.3.3.1经常进行油的理化性能的化验分析，根据化验结果决定补充部分新油或全部更换新油；
7.3.3.2检查压力油罐与回油箱的油位是否正常，发现漏油油气部位应及时处理，以保持正常工作。
7.3.3.3回油箱中的滤网应经常进行清洗。
8．触摸屏操作说明
调速器上电运行后，触摸屏即进入主菜单，其菜单结构如下：
8.1用户指导
PLC系列调速器作了简单介绍。
8.2信息显示
“状态显示”、“故障显示”、“数据显示”和“模拟表计”。
“状态显示”显示开机、停机、并网、调相、导叶手动、功率调节等状态，如当开机时“开机”指示处显示绿色提示符。
“故障指示”显示机组频率、电网频率、导叶随动系统、功率等故障，如当机频PT断线时“机组频率”指示提示符。
“数据列表”分别显示P、I、D参数，频给、功给、机频、网频、导叶反馈等主要数据。
8.3参数设置
“调节参数”可分别修改P、I、D、E、bp等参数，如修改积分系数I，由0.2改至0.1，则先按一下“积分系数”，然后根据提示键入“0、0、1、0”，最后键入“ENT”即可。
“给定调整”可修改频给FG和功给PG，如将FG由50.00HZ改为52.00HZ，则先按“增减频给”，根据提示键入“5、2、0、0”，再按一下“ENT”键即可。
8.4其它
“运行工况”主显示机频、网频、导叶开度、开机、停机、并网等运行时的主要数据和工况。
9．分段关闭
低水头电站机组在导叶直线关闭情况下，常因水击现象引起过大的轴向力，目前，常用导叶的分段来降低甩负荷过程中的最大轴向力。
分段关闭装置作用是在导叶关闭到某一开度后，通过节流阀降低导叶关闭速度，从而降低水击压力。
我厂分段关闭装置原理如下：
9.1在第一段快速关闭的过程中，斜块作直线运动或凸轮作等径圆周运动，行程阀在弹簧力作用下，使液控单向阀（3）的控制腔接通压力油向前顶开插装阀
（2），可让接力器快速关闭。
9.2当接力器运动到某一点，也就是斜块上的凸起点或凸轮上的变径点时，斜块或凸轮将行程阀推到另一状态，使液控单向阀控制腔接排油，此时从接力器开机腔的油流使插装阀
（2）向关闭方向运动，油流便只能从插装阀
（2）的阀芯和液控单向阀顶杆所形成的缝隙中流过，从而形成节流，接力器开始减速关闭。
关闭时间可以通过液控单向阀盖板上的调整螺栓进行调节。
9.3开机时，从主配流出的压力油顶开插装阀
（2）的阀芯，形成一个较大的通道，所以对开机速度没有影响。
调速器关机的第一段速度由主配压阀调整，第二段关闭速度则由插装阀
（2）调整，拐点位置由斜块（或凸轮）与行程阀的相对位置来调整。
10．重锤关机
我厂设置了一个6T重的重锤，利用重锤的自重在无液压力的情况下关闭导叶。
重锤关机装置是机组的最后一道安全保护，它能在机组过速保护动作时，可靠的切断调速器通往接力器的控制油，利用重锤的自重关闭导叶，并使接力器关机腔吸入液压油，实现机组的快速停机。
工作原理如下
10.1在正常工作情况下，压力控制油通过手动换向阀，电磁换向阀进入插装阀（10）控制腔，插装阀（10）关闭，切断了接力器开机腔和回油箱之间的油路，同时插装阀（7）控制腔接排油，插装阀（7）开启，打开主配通往接力器开机腔之间的油路，
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