凤滩水电站水轮机调速器改造设计及应用研究

摘要

水轮机调速器作为水电站调功的核心设备，其控制性能指标和可靠性对于水电站起着至关重要的作用。本文结合凤滩水电站实际运行情况和调速器最新发展技术，对凤滩电站调速器进行改造，从而提高凤滩调速器控制性能指标和可靠性。　　本文分析论述了调速器发展历程和调速器系统结构、技术特点，和凤滩水电站调速器运行现状，为凤滩调速器改造提供技术及理论依据。　　本文结合调速器最新技术和凤滩电站实际控制需要，对凤滩电站调速器硬件进行系统设计。针对凤滩电厂调速器残压测频可靠性低、导叶反馈故障率高、调速器失电后不能关导叶、调速器同监控系统无通信等问题；在硬件设计上进行相应的改进，如选用自带4MHZ高频计数模块PLC并取消中间测频环节，设计高性能整形电路板、实施测频三通道冗余配置，选用具有抗震性双导叶反馈配置，设计蓄能电源模块，配置网关服务器进行协议转换实现调速器与LCU通信功能，以提高调速器运行可靠性和凤滩电站设备的自动化水平。经实际运行结果证明本文硬件设计达到了预期设定目标。　　本文对调速器软件系统进行了阐述，结合凤滩电站的实际需求，在三通道测频、双反馈冗余配置在控制算法上进行优化，以实现电压单相断线、单反馈故障时调速器仍能可靠运行。在调速器功率模式控制算法上进行改进，实施两组PID参数三段调节速率进行功率调节，在功率调节过程中可兼顾增加调节速率和减小功率调节过程中的水锤效应。　　针对硬件设计和软件进行了系统调试，在无水试验阶段重点检测测频、反馈等重要信号量发生故障后调速器处理逻辑正确性；在有水试验阶段重点对开度调节、功率调节功率调节过程和甩负荷进行试验；事实证明本文设计的调速器在运行可靠性、功率控制性能指标达到了设计要求。　　本次改造解决了凤滩电厂调速器遗留的诸多问题，提高了凤滩电站运行的可靠性和控制性能，同时也为同类水电站调速器改造提供了宝贵的经验。

目录

1 绪 论

1.1.1 选题的背景

1.1.2 选题的意义

1.2 调速器发展历程及研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 本章小结

2 水轮机调节系统

2.1 水轮机调节系统基本原理

2.2 水轮机调节系统组成

2.3.1 微机调速器总体结构

2.3.2 微机调速器典型结构

2.3.3 微机调速器控制算法

2.4 本文小结

3 微机调速器硬件设计

3.1 微机调速器控制系统组成

3.2.1 PLC特点

3.2.2 水轮机调速器PLC硬件组成

3.3 调速器测频

3.3.1 调速器改造前测频状况

3.3.2 机频网频测频整形电路

3.3.3 三通道测频回路设计

3.4 调速器蓄能模块

3.4.1 蓄能模块充电过程

3.4.2 蓄能模块放电过程

3.5 导叶位移传感器

3.6 同LCU通信配置

3.7 本章小结

4 调速器应用软件设计

4.1 调速器主体程序

4.2 调速器各工况控制流程

4.2.1 停机备用流程

4.2.2 开机过程

4.2.3 空载流程

4.2.4 调速器负载状态

4.2.5 频率调节模式

4.2.6 甩负荷控制流程

4.2.7 停机控制流程

4.3 功率调节过程优化

4.3.1开度调节过程

4.3.2 改造前的功率模式

4.3.3改造后功率模式

4.4 故障处理控制逻辑

4.5.1 测频算法

4.5.2 三路测频冗余配置实现

4.5.3 双反冗余配置实现

4.6 调速器同监控系统通信程序块

4.7 本章小结

5 调速器现场试验

5.1 试验前准备

5.2 无水试验

5.2.1 导叶双反馈整定及试验

5.2.2静特性试验

5.2.3 导叶接力器行程信号消失试验

5.2.4 机组频率信号消失试验

5.2.5 电源消失试验

5.2.5 失电关闭蓄能模块试验

5.2.6 运行方式切换试验

5.3 有水试验

5.3.1 开度模式功率调节

5.3.2 功率模式功率调节

5.3.4 甩负荷试验

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

A. 学位论文数据集

致谢