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水輪機(jī)調(diào)速器自動(dòng)水頭功能淺析

文檔作者：陸丁文檔來(lái)源：廣西長(zhǎng)洲水電開發(fā)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年03月05日
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小水電2017年第1期(總第193期) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用
水輪機(jī)調(diào)速器自動(dòng)水頭功能淺析
陸丁
(廣西長(zhǎng)洲水電開發(fā)有限公司，廣西梧州543002)
摘要：長(zhǎng)洲電廠的水庫(kù)多為日調(diào)節(jié)水庫(kù)，機(jī)組發(fā)電水頭低且日間水頭變化大，實(shí)時(shí)水頭下的協(xié)聯(lián)曲線在很大程度上
能提高機(jī)組的水能利用率；通過(guò)對(duì)機(jī)組自動(dòng)水頭的采集方式及程序的優(yōu)化進(jìn)一步完善了機(jī)組自動(dòng)水頭功能，取得不錯(cuò)的效
果。圖1幅，表2個(gè)。
關(guān)鍵詞：水輪機(jī)調(diào)速器；水頭采集；水頭處理；自動(dòng)
1概述
廣西長(zhǎng)洲水利樞紐位于西干流、潯江末端的長(zhǎng)
洲島河段上，是西江流域廣西境內(nèi)最后l座梯級(jí)電
站，電站共安裝15臺(tái)單機(jī)容量42 Mw的燈泡貫流
式機(jī)組，設(shè)計(jì)發(fā)電水頭2．5～16 m；因此調(diào)速器自
動(dòng)水頭功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)其尤為重要。其運(yùn)行水庫(kù)多為
日調(diào)節(jié)水庫(kù)，機(jī)組發(fā)電水頭低且日間水頭變化大，
自動(dòng)水頭的實(shí)現(xiàn)在很大程度上能提高機(jī)組的水能利
用率，同時(shí)對(duì)機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)(包括機(jī)組振動(dòng)區(qū)的
界定)校核、協(xié)聯(lián)曲線校準(zhǔn)、AGC自動(dòng)水頭應(yīng)用
具有很大意義。
長(zhǎng)洲電廠調(diào)速器一直未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水頭功能，主
要原因是原設(shè)計(jì)為通過(guò)壓力變送器分別測(cè)量上游流
道進(jìn)口和尾水管出口的壓力，兩者的壓力信號(hào)經(jīng)水
利測(cè)量盤系統(tǒng)后計(jì)算機(jī)組靜水頭，該值即為機(jī)組的
自動(dòng)水頭。另外，長(zhǎng)洲電廠機(jī)組流量采用差壓測(cè)流
法，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生測(cè)壓管堵塞，水頭的采
集誤差及穩(wěn)定性較差，故長(zhǎng)洲電廠自動(dòng)水頭功能需
對(duì)水頭的采集單元和處理程序進(jìn)行完善。
Q=K(△P)o‘5 (1)
日_P·-P2+籌(壽一去) (2)
式中，日為凈水頭(m)；p為實(shí)際流量(矗／s)；
JPl為流道進(jìn)口壓力(bar)；P2為尾水管出口壓力
(baLr)；A．為流道進(jìn)口壓力測(cè)點(diǎn)的流道斷面積
(m2)；A2為流道進(jìn)口壓力測(cè)點(diǎn)的流道斷面積
(m2)；△P為流量測(cè)量測(cè)點(diǎn)壓差(kPa)；K為流量
系數(shù)。
由上式可知，流量測(cè)點(diǎn)壓差、流道進(jìn)口壓力及
尾水管出口壓力都影響著機(jī)組凈水頭的計(jì)算。而長(zhǎng)
洲電廠多年平均入庫(kù)流量為6 530 m3／s，洪水期間
水質(zhì)含沙量大，經(jīng)常發(fā)生測(cè)壓管淤泥堵塞情況，故
公司決定對(duì)現(xiàn)有水頭采集單元進(jìn)行改造。改造后的
水頭采集單元采用在下游各安裝1套投入式水位傳
感器采集下游水位，記為日下游，送外江機(jī)組公用
屏。機(jī)組的欄污柵后，面向上游進(jìn)水口閘門的前方
各安裝1只鋼筒，放人投人式液位變送器，作為運(yùn)
算機(jī)組凈水頭的1個(gè)參量，記做日。每臺(tái)機(jī)組的凈
水頭記作：曰靜=日一日下游(見圖1)。
2水頭采集單元完善÷7，7’匠蟊萄
長(zhǎng)洲電廠原設(shè)計(jì)機(jī)組凈水頭及流量測(cè)量均通過(guò)
壓力變送器信號(hào)轉(zhuǎn)換計(jì)算后得出： }臣盞
一皇? —— j、隧巍鏖涮，
收稿日期：2016—06—06 、??????????????????一7
作者簡(jiǎn)介：陸丁(1986一)，男，工程師，主要從事水電圖1水頭采集處理單元
站生產(chǎn)管理工作。
(1)下游水位水位計(jì)1和下游水位水位計(jì)2：
· 53 ·
= 一
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
SMAIJ．HYl)R0 P(如r職2017^，o．J．7‰以Ⅳo．』9j
量程為O～20 m，對(duì)應(yīng)4—20眥，水位計(jì)安裝高程
為4．65 m(庇1)。
(2)上游水位水位計(jì)：量程0。5 m，對(duì)應(yīng)4～
20 IIla，水位計(jì)安裝高程為17．24 m(^2)。
(3)機(jī)組攔污柵后水位水位計(jì)：量程0。5 m，
對(duì)應(yīng)4—20 IIla，水位計(jì)安裝高程為16．45 m(^，)。
則可得出：
①機(jī)組攔污柵后水位實(shí)際值(穢，)=機(jī)組攔污
柵后水位計(jì)測(cè)值+^，
②下游水位實(shí)際值(穢2)=下游水位水位計(jì)測(cè)
值+^l
③機(jī)組水頭計(jì)算值=機(jī)組攔污柵后水位實(shí)際值
(口，)一下游水位實(shí)際值(釘：)
當(dāng)機(jī)組水頭變化在10 cm以內(nèi)時(shí)不刷新上送調(diào)
速器的機(jī)組水頭(機(jī)組水頭量程0．27．648對(duì)應(yīng)4
～20嘲)，經(jīng)機(jī)組現(xiàn)地控制單元模出量分別送至調(diào)
速器電氣柜(見表1、表2)。
表1水位處理結(jié)果
輸出名稱水頭測(cè)值／m 測(cè)試情況
4 機(jī)組水頭正常
3水頭處理程序完善
長(zhǎng)洲電廠為燈泡貫流式機(jī)組，正常運(yùn)行時(shí)的水
位波動(dòng)最大在20。30 cm之間，但在相鄰機(jī)組開停
機(jī)過(guò)程中水位波動(dòng)往往能達(dá)到80～110 cm。原自動(dòng)
水頭程序中，對(duì)水頭死區(qū)未加考慮，為確保水頭采
集的穩(wěn)定性，對(duì)程序進(jìn)行如下修改：
3．1 定義
有效水頭(mⅨ)：最終參與槳葉控制的工作
水頭。
自動(dòng)水頭(磁∞)：來(lái)自水利測(cè)量盤提供的4一
·54·
20 lll￡I模擬量。
手動(dòng)水頭(HSD)：由用戶在觸摸屏上手動(dòng)輸
入，或程序自動(dòng)賦值。
水頭斷線故障(M一哪z)：由程序判斷得到，
采樣值<0。
水頭手動(dòng)(MB0[62])：用戶在觸摸屏上手動(dòng)
設(shè)置。
水頭越限(MBo[52])：若水頭不在∈(2．5，
16)m，則報(bào)水頭越限。
3．2程序初始化
經(jīng)過(guò)調(diào)零調(diào)幅，得出水頭值鋤，若水頭采樣
大于O，則認(rèn)為有效；若水頭采樣小于0，則將手
動(dòng)水頭賦值為S『IU。
3．3程序循環(huán)
掃描周期為1 s，自動(dòng)水頭賦值周期10 miIl，
即每秒為周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，滿10 IIlin進(jìn)行一次
水頭的賦值刷新，運(yùn)行結(jié)果如下：
在0 rnin時(shí)，將STl～S，r5中最后一個(gè)不為零的
值賦值給鋤，作為自動(dòng)水頭；同時(shí)將sTo賦值給
手動(dòng)水頭MB4[71]一次。
在2 111in時(shí)，取一次采樣值眥Y1，經(jīng)過(guò)調(diào)零
調(diào)幅，得出水頭值STl；若STl與鋤的偏差∈
(5，50)cm，則保留，否則置零。
在4 IIlin時(shí)，取一次采樣值汛Y1，經(jīng)過(guò)調(diào)零
調(diào)幅，得出水頭值眈；若s他與s∞的偏差∈
(10，70)cm，則保留，否則置零。
在6 IIlin時(shí)，取一次采樣值S1℃Y1，經(jīng)過(guò)調(diào)零
調(diào)幅，得出水頭值S13；若s13與s∞的偏差∈
(10，70)cm，則保留，否則置零。
在8 IIlin時(shí)，取一次采樣值sTcYl，經(jīng)過(guò)調(diào)零
調(diào)幅，得出水頭值ST4；若ST4與sTD的偏差∈
(10，70)cm，則保留，否則置零。
在10 IIlin時(shí)，取一次采樣值srCYl，經(jīng)過(guò)調(diào)零
調(diào)幅，得出水頭值s曬；若ST5與m的偏差∈
(10，70)咖，則保留，否則置零。
3．4處理結(jié)果
(1)若水頭信號(hào)沒有出現(xiàn)斷線，即采樣值一直
存在。
①在一個(gè)周期(10 IIlin)內(nèi)，有效水頭H怩只
(下轉(zhuǎn)第58頁(yè))
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
運(yùn)行與維護(hù)SMAIL HYDRO P嘣慨2017ⅣD．J．‰以Ⅳo．J卵
圖1 專用高油壓調(diào)速器示意
該調(diào)速器的技術(shù)核心為四閥盤滑閥結(jié)構(gòu)的特殊
主配壓閥，導(dǎo)葉接力器和調(diào)壓閥接力器通過(guò)特殊主
配壓閥形成串聯(lián)控制。調(diào)壓閥接力器的控制采用比
導(dǎo)葉接力器控制更大的遮程：當(dāng)小波動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，導(dǎo)
葉接力器控制腔油口打開，導(dǎo)葉接力器開啟或者關(guān)
閉，而調(diào)壓閥接力器控制窗口不會(huì)打開，調(diào)壓閥接
力器保持關(guān)閉狀態(tài)不動(dòng)；當(dāng)大波動(dòng)關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)葉接
力器關(guān)機(jī)側(cè)油口和調(diào)壓閥接力器打開側(cè)油口打開，
調(diào)壓閥接力器迅速開啟，導(dǎo)葉接力器快速關(guān)閉。
當(dāng)調(diào)壓閥在任意位置拒動(dòng)時(shí)，調(diào)壓閥接力器停
止運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)葉正常關(guān)機(jī)的油路被阻斷，只能通過(guò)節(jié)
流孔c慢速關(guān)機(jī)，這樣就避免了此時(shí)導(dǎo)葉快速關(guān)閉
帶來(lái)的水壓上升過(guò)高。
這種四閥盤滑閥結(jié)構(gòu)的特殊主配壓閥實(shí)現(xiàn)高油
壓化的關(guān)鍵是其加工精度應(yīng)滿足16．o MPa下的滲
漏且滿足調(diào)速器正常運(yùn)行的要求。通常高油壓調(diào)速
器油壓裝置容積較小，應(yīng)滿足其油泵正常啟動(dòng)時(shí)間
間隔和純機(jī)械手動(dòng)狀態(tài)下導(dǎo)葉接力器飄移要求，其
配合公差應(yīng)小于1岬，需要采用精密加工手段來(lái)
實(shí)現(xiàn)。
由于這種主配壓閥控制腔油壓高、容積小，其
控制應(yīng)充分考慮所使用的電液轉(zhuǎn)換元件的流量和控
制精度；其控制電路也需要對(duì)應(yīng)采取相應(yīng)措施，兼
顧調(diào)速器的速動(dòng)性和控制精度。
3結(jié)語(yǔ)
采用上述設(shè)計(jì)的調(diào)壓閥專用高油壓調(diào)速器已經(jīng)
在國(guó)內(nèi)外多個(gè)采用調(diào)壓閥的機(jī)組上得到應(yīng)用，實(shí)踐
證明其完全能夠滿足電站的運(yùn)行和一次調(diào)頻的要
求。高油壓滑閥式主配壓閥的應(yīng)用，也可以為大型
機(jī)組調(diào)速器的高油壓化探索一條新的途徑?！?
責(zé)任編輯吳昊
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(上接第54頁(yè))
有1個(gè)值，不發(fā)生改變。
②進(jìn)入下一個(gè)周期，有效水頭才有可能發(fā)生變
化。將上一個(gè)周期內(nèi)保存的5個(gè)值中，最后一個(gè)不
為零的值作為本周期的有效值。
③每賦值一次有效水頭，同時(shí)賦值手動(dòng)水頭。
(2)若水頭信號(hào)出現(xiàn)斷線，即采樣值

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