国投甘肃小三峡发电有限公司 甘肃 兰州 730070

引言

小峡水电站位于甘肃省兰州市皋兰县境内黄河干流上，距兰州市35km，下游距大峡水电站29km。小峡电站主要任务为发电，水库正常蓄水水位1499m，最大坝高50.7m，总库容4800万m³，为日调节水库。电站装机容量230MW，保证出力93MW，年发电量9.56亿kW·h，工程规模属三等中型工程，枢纽为河床式厂房，坝型为砼重力坝，枢纽前沿总长249m，厂内安装四台单机容量57.5MW的轴流转桨式水轮发电机组[1]。

1 原调速系统存在的主要缺陷及改造理由

（1）随着使用年限的增长，设备逐渐老化，设备故障率明显增高，重要部件备品采购困难，严重影响机组安全生产运行。

（2）调速器电柜触摸屏多次出现死机情况，迫使停机处理，影响公司经济效益，也给维护人员增加了很多工作量。

（3）导、桨叶开度传感器故障率较高，影响调节效果，对机组运行造成影响。

（4）控制柜人机界面较陈旧，无对应工具软件，维护困难。

（5）调速系统无法很好地满足调度一次调频的要求。

为了进一步提高电站自动化水平和达到调度要求的一次调频精度，并满足电站以及电网自动化水平要求，须对调速系统进行技术改造。

2 新调速系统的主要技术参数

微机调节器部分采用了贝加莱公司的X20控制器为核心，机械液压部分选用BOSCH公司的比例伺服阀作为电液转换单元ZFL-150/S作为导叶主配压阀，ZFL-150/S作为桨叶主配压阀，电源、控制模块、传感器、电液转换等全部采用了双冗余配置，且采用了第三方智能切换单元作为仲裁判断，软件部分则采用了改进型并联PID算法、双微分算法等成熟方案[2]。

3 改造后的相关试验

3.1 准备工作

采用华中科技大学制造的GOHT07水轮机调速系统仿真测试仪配合调速系统试验，将导叶主接行程及桨叶主接行程，机组频率等量接入仿真测试仪，对通道进行逐一率定后，试验准备工作结束。

3.2 模拟量定位

在电柜人机界面选择设置窗，输入试验密码，选择A套，进入定位试验界面，设置系统参数，设置完成后，返回。记录数据如下：

试验结果：

3.3 导叶副环试验

目的：①检查闭环控制中输出电压与电液伺服阀配合是否适当；②确定导叶副环控制的比例、积分死区、稳零输出等参数。

方法：选择设置窗，输入试验密码，选择A套，进入导叶副环扰动界面，设置导叶副环KP，积分死区参数。进行阶跃扰动。

结果：导叶闭环控制稳定，功放和电液伺服阀匹配良好。

选定最佳参数为：比例增益：8 积分死区：5。

3.4 桨叶副环试验

目的：①检查闭环控制中输出电压与电液伺服阀配合是否适当；②确定桨叶副环控制的比例、积分死区、稳零输出等参数。

方法：选择设置窗，输入试验密码，选择A套，进入桨叶副环扰动界面，设置桨叶副环Kp、Ki，积分死区参数。进行阶跃扰动。

结果：桨叶闭环控制稳定，功放和电液伺服阀匹配良好[3]。

选定最佳参数为：比例增益：12 积分死区：8。

3.5 静特性试验

目的：测量调速器的静态特性关系曲线，求取调速器的转速死区。

方法：模拟机组进入并网工况，参数整定逐步变化频率反馈（从大到小），让接力器从关到开方向慢慢运动，稳定后记录当前频率和接力器百分值，结束后，再反方向变化频率反馈，稳定后记录当前频率和接力器数据。

结果：试验后经计算，转速死区为0.005%，符合国标中对静特性转速死区的要求（国标为4/万分）。

3.6 空载扰动试验

目的：

（1）观察机组空载时调速器的稳定性与各项调节指标。

（2）选择较好的调节参数（Kp、Ki、Kd），使调节器品质达到最佳。

方法：

（1）首先手动将机组开启到空载，待机组转速接近额定后，然后选择空载扰动试验。

（2）选取不同的Kp、Ki、Kd参数，输入不同频率阶跃，进行空载扰动试验，根据计算机记录的动态调节过程曲线，选择动态过程稳定的最佳的Kp、Ki、Kd参数。

（3）最后将最佳参数写入A套。

结果：最佳参数选定为：Kp=5，Ki=0.2，Kd=2。动态稳定性优于国标要求和有关规定。

3.7 调速系统甩负荷试验

目的：检验机组在突甩负荷情况下，调速器的速动性及其动态调节品质，记录动态过渡过程，测定调节时间，振荡次数、不动时间等指标[4]。

结果：试验结果均符合国标要求。

4 结束语

小峡水电站调速系统自投运以来，系统技术先进，功能齐全，优化了机组运行工况，增强了机组适应一次调频能力，为小峡水电站的安全、稳定、经济运行做出了积极的贡献，也可为类似电站调速器技术改造提供相关经验。