数字阀PCC可编程智能调速器在漾头水电站的应用

摘要：数字阀pcc可编程智能调速器是国家科技部创新基金支持项目，电气部分以pcc可编程计算机控制器为核心，软件采用高级语言；电气液压转换部件采用电磁球阀，机械放大元件采用二通插装阀，采用无杠杆，无明管路结构。实际应用结果表明，该型调速器调试简单，维护方便，具有先进的技术性能和高可靠性。

关键词：智能调速器 pcc 数字阀 电磁球阀 插装阀

1．^前言

^{漾头水电站位于贵州省铜仁市附近，}装机容量为2 x 8000kw，水轮机为轴流转桨式，设计水头为18m。^原调速器为某厂生产的模拟电液调速器，机械控制部分采用^{电液转换器}，^二级放大部分^{采用主配压阀}，^{接力器与主配压阀开环无反馈；在电气上采用模拟电子调节器，抗干扰性能差；自动运行时，常误动作。自投入运行以来，随着长时间的运行，机械的磨损，电气分立元件的老化}严重地影响机组的安全运行。

原调速器存在的主要问题是：

^{1)   抗卡阻效果差。}调速器对油质要求较高，^{常卡阻，不能保证长期自动运行。}

^{2)   运行操作不方便。由于机械磨损主配压阀渗漏造成接力器漂移，且手动运行时无反馈，运行人员总要不断的调整，劳动强度较大。}

^{3)   抗干扰能力差。任何电磁干扰都可能造成}调速器^误动作。

^{4)   检修维护不方便。调整环节太多，每次检修后，仅调整各个节流阀就需要几天时间。}

^{2．改造方案}

     ^{针对漾头水电站的具体情况，拟定如下改造方案：}

^{方案一. 用zfst－100型}数字阀^pcc可编程智能调速器整机替换原调速器。采用机电合柜形式。

^{方案二.保留原}调速器主配压阀，去掉原调速器中除主配压阀以外的其他部分，^{采用步进电机替代电液转换器，}采用pcc可编程智能调节器替换原^{模拟电子调节器}。采用机电合柜形式。

^{由于主配压阀的结构形式为滑阀，主配压阀活塞与衬套之间的间隙所造成的渗漏就不可避免，为了减少主配压阀活塞与衬套之间的渗漏，就要在主配压阀活塞阀盘与衬套与窗口之间加大搭叠量，而搭叠量加大了调速器机械死区。由于主配压阀活塞与衬套之间的间隙所造成的渗漏不可避免，因此在手动运行时就需要机械反馈来补偿，否则，接力器就要漂移。}

^{由于漾头水电站原调速系统没有采用机械反馈。因此，在设备改造时，必须采用无钢丝绳反馈（或杠杆反馈）结构，只采用电气反馈。如采用方案二即保留原}调速器主配压阀^{，手动运行时溜负荷。由于溜负荷，增加了运行人员的劳动强度。而采用方案一}数字阀调速器则能解决这一难题。

综上所述采用方案一最为理想。

^{为了适应机组安全稳定运行要求，实现水电站“无人值班”（少人值守），铜仁市地方电力公司漾头水电站经过调查研究，选用天津市科音自控设备有限公司}研制的新一代调速器：^zfst-100型数字阀pcc可编程智能调速器，^{对原调速器进行了整机更换改造，率先实现了在轴流转浆式水轮发电机组上应用数字阀+}可编程计算机控制器的智能调速器。

^3．数字阀^pcc可编程智能调速器

^{结合水轮机调速器的特殊性，zfst-100型}数字阀^pcc可编程智能调速器，^{选用不同于常规plc的新一代可编程控制产品－pcc，即从贝加莱公司（b&r）进口的可编程计算机控制器b&r2003。它面向自动化过程，而不是面向继电器逻辑电路仿真，这就是b&r2003的理念。pcc代表着一个全新的控制概念，它集成了可编程逻辑控制器(plc)的标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统功能。它能方便地处理开关量，模拟量，进行回路调节。并能用高级语言编程，具备大型机的分析运算能力。其硬件具有独特新颖的插拔式模块结构，可使系统得到灵活多样的扩展和组合。软件也具备模块结构，系统扩展时只需在原有基础上叠加运用软件模块。cpu运行效率高，用户存储器容量大。这些优越性都为智能式水轮机调速器提供了强有力的资源保证。}

^{在电气机械转换方面，采用电磁球阀替代电液转换器；在放大级采用二通插装阀替代主配压阀。调速器从总体上降低了对油质的要求，从根本上避免了电液转换器发卡的弊病。由于数字阀技术是采用高速电磁球阀为先导阀，以二通插装阀为主阀，而且插装阀的密封形式为锥阀，因此数字阀又具有液压锁的功能，有效地避免了接力器的漂移，因此主接力器无需机械反馈。所以数字阀调速器在漾头水电站的应用，可以以最小的改动，达到整机改造的目的。由于该系统的先导电磁球阀又具有手动阀及事故阀的功能，减化了调速器内部结构，从结构上减化了整个调速系统。所以该型调速器实现了真正意义上的无杠杆，无管路；在结构上采用集成块的形式，外形简洁明快，可靠性极高，性能优良。由于无需机械反馈，该型调速器在机组的布置上可不受任何限制，厂房整齐，美观。}                            

 ^{3.1 主要特点}

^{1) 全新的控制理念。采用不同于常规plc的新一代可编程计算机控制器--pcc，面向控制过程，能采用高级语言，分析运算能力强，在同一cpu中能同时运行不同程序。程序运行时仅扫描部分程序，效率很高。}

^{2) 全pcc化，具有极高的可靠性。从输入到输出,从测频到控制脉冲等各环节均实现了pcc化。pcc的平均无故障时间mtbf高达50万小时，即57年。常规plc的平均无故障时间mtbf为30万小时。}

^{3）多任务的优点。在传统plc中，并行处理是靠程序扫描来完成的。但事实上多任务才是并行处理的逻辑表达式，更简单直接的方法就是采用多任务技术。pcc恰恰可以满足这种需求，当某一任务在等待时，其他任务仍可继续执行，非其他常规plc可以比拟。} 

4）智能型调速器。采用自适应式变结构，变参数并联pid调节。^{自动识别电网的性质，并自动适应电站的各种特殊运行方式，如孤网运行，及由大电网解列为小电网运行的突变负荷等特殊情况，均可保证机组稳定运行。}人性化设计，具有很强的自诊断、防错、纠错及容错功能。

^{5）采用pcc高速计数模块(hsc)测频。pcc高达6.3mhz的计数频率，具有很高的测频精度和可靠性，从而使调速器的输入通道－测频环节的可靠性有了根本的保证。}

^{6）由pcc实现信号综合及控制脉冲的输出。调节器的电气开度（数字信号），和转换为数字信号的接力器实际位移由pcc内部进行综合比较，输出控制脉冲信号，经功率放大后，直接驱动先导电磁阀。充分发挥了pcc多任务的功能。}

7）联网方便。具有rs232或rs485通讯接口，可以方便地实现人机对话，及与上位机通讯，提高电站的自动化水平。

8）调节模式灵活。可实现频率调节，开度调节，功率调节，并可实现调节模式间的无扰动切换。

9）pcc的大内存，为智能型调速器提供了资源保证。用户内存：1.5 mb flash prom，远大于常规 plc  10kb左右的内存。

10) 采用^电磁球阀做为电液转换元件。彻底解决了常规调速器电液转换元件油污发卡的问题，使电站可以实现完全可靠的自动运行。

11) 可以适应电站的各种特殊运行方式。如孤网运行，及由大电网解列为小

电网运行的突变负荷等特殊情况，均可保证机组稳定运行。

12) 具有故障锁锭的功能。由于数字阀只有通/断两个状态，且数字阀采用锥阀密封可以保证在31.5mpa下无泄漏，所以，数字阀又具有液压锁的功能，因此该系列调速器在测频信号消失及断电等情况下，具有故障锁锭的功能。

13) 无杠杆结构。该系列调速器采用了数字阀液压随动系统，自动时有电气返馈，手动无需反馈，因此取消了杠杆，消除了因为杠杆造成的死区，提高了调速系统的精度，而且无管路，结构简单，美观。

14) 友好的人机界面。采用触摸屏做为人机界面，画面美观逼真，全中文显示，操作方便，可以同时显示很多信息。

15) 维护简单调试方便。由于pcc的高度集成化和高可靠性，对于运行维护人员没有太高的特殊要求，调试只需设定有关数字，没有太多的电位器等可调元件。

16) 采用数字协联方式。 桨叶随动系统准确度高。

17) ^零扰动手/自动 切换。由于自动运行时，^{电磁球阀每次动作后都处于失电状态；而切断电源即为手动}运行。^手动运行时，电子调节器跟踪接力器的实际开度。因此^{数字阀调速器实现了零}扰动手/自动切换

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