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摘 要：柴石滩电站调速器具有的技术特性和完善的功能，适合混流立式中小型机组和坝后电站。
关键词：WDT-100-4.0型混流式全可编程水轮机电液调速器
柴石滩水电站位于云南省昆明市宜良县境内，电站总装机3×20MW。2001年8月份投产后三台机组调速器尚未更新换代，原设备结构复杂，采用机械位移型主配压阀，通过交流伺服电机控制主配压阀引导阀的上下运动、从而带动主配活塞运动，主配的复中需要由与主接力器连接的反馈钢带和平衡杠杆来实现。因采用了机械反馈钢带，调速器固有机械死区无法消除，再则电气元器件已超过使用年限，运行风险很大，检修、维护工作量大，特别是原有调速器的可编程控制器、人机界面等元器件皆已停产，备品备件已不能供应。
介于上述原因，2018年电站决定将调速器更新换代，在优先满足电力系统对调速器的各项试验技术指标、所属调度机构的技术要求下，采用了原武汉长江控制设备研究所设计研发的主流产品WDT-100-4.0型混流式全可编程水轮机电液调速器，相对于原来的调速系统和其他产品，它具有以下的技术特点和完善的功能：
1、该调速器全双通道、双冗余，两套法国施耐德M258可编程控制器足够大的容量及其优于常规PLC的特殊优势，完全能够满足各种自动控制的附加要求。电气部分采用两套完全相同的法国施耐德公司M258系列可编程控制器组成双冗余容错控制系统，主体硬件接口丰富，无论是在运算能力还是在扩展性能、可维护性、通讯能力上都优于其他产品。此外，人机对话采用基于WINDOWS-NT开发的操作系统，配以台湾台达彩色触摸屏作为显示单元，操作方便、能直观显示调速器检测的故障、便于检修人员快速分析知道故障原因、可靠性极高。
2、该调速器电液转换部分采用电液比例阀+数字阀，双通道，互为备用。调速器机械部分电液转换单元采用德国Bosch-Rexroth公司高性能比例伺服阀+数字阀组成冗余容错控制系统。这两套阀一只作为主电液转换器，而另一只则作为备用通道，这两只电液转换器是互为备用的，上电时哪一只作为主电液转换器既可以由微机随机产生的也可以人为选择。伺服比例阀直接对主配压阀采用流量输入与流量负反馈的控制方式，使主配压阀活塞在正、负流量输入的作用下，产生向上、向下的位移，其位移量与输入的流量在一定范围内成正比，当流量输入为零时，主配压阀活塞将迅速复中。该型装置没有油管和调节杆件，没有机械反馈，安装调整方便，结构简单，可靠性高，耗油量小。另外，自动与手动的互相切换可无条件无扰动地进行。该调速器具有一个突出特点：采用两套完全相同（硬件和软件）的可编程控制器和比例伺服阀+数字阀电液转换系统;并且具有纯手动操作阀，主配压阀为液压内反馈自复中式主配压阀，能够实现掉电后的自复中功能;其中一套作为自动调节主通道，通过比例伺服系统（电液随动系统）保证优良的技术性能指标;为满足大型水电厂的安全可靠运行，另设置一套比例阀系统作为备用通道。当自动调节主通道退出或意外故障时，自动备用通道工作或采用电手动控制方式，并可方便直接进行纯手动操作。
3、该调速器具有一项自主专利技术：液压内反馈式主配压阀，无机械复中部件，完全依靠流量负反馈实现主配压阀复中功能，能确保无电信号情况下主配压阀能够自动复中。
4、测频环节，采用了基于PLC本体测频精度高;测频采用齿盘和残压双路测频，同时齿盘测频采用双探头冗余方式，保证了调速器测频精度、实时性和高度可靠性。在开机过程中，特别是励磁未投入时，残压不稳定，此时机组频率采用齿盘测速装置测量;当机组励磁投入且转速接近空载时，机组PT信号源比较稳定，测量精度高，采用残压测频装置测量，使机组能够快速地并网;并网后，以PT测频为主，保证调速器的调节品质，同时以齿盘测速作为备用，充分保证测频的可靠性。当主测频回路故障或比较结果超出范围时，用备用测频值供调速器测频使用。调速器在并网后，网频也可作为调速器机频值的后备。
5、该调速器位置反馈采用国际知名品牌美国MTS，该传感器为直线位移传感器，它利用非接触方式监察着活动磁铁的位移，由于磁铁和传感器并无直接之接触，因此，传感器在恶劣的工业环境下，例如易受油渍、溶液、尘埃或其它的污染也能正常工作。此外，传感器能承受高温、高压和高振荡的环境。传感器输出信号为绝对数值，所以即便电源中断重接也不会对数据接收构成问题，更无须重新调整零位。由于传感组件都是非接触的，所以就算感测过程是不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。该传感器具有成本、使用寿命长、工作可靠、分辨率高、抗干扰性好的优点。
6、电源系统，采用"双整流器的冗余型电源系统"方案，进一步提高了调速系统的可靠性。WDT-100-4.0型调速器采用厂用交流、厂用直流双路供电方式，任一路电源消失，不会影响调速器的自動正常运行。开关电源采用台湾MEAN WELL电源，可靠性极高。
7、独特的机组孤网运行控制策略：在微机调速器中设置进入小网（或孤立负荷）运行的状态判断功能，利用对机组频率波动的特征来判断是否进入孤网运行（一般采取发电机出口开关状态来判断），对于处于孤立电网运行的机组的稳定性问题和抗冲击负荷能力问题采取以下策略：
1）在空载和负载运行时均采用自适应PID调节规律，当负荷或频率波动增加时，调速器能自动辨认并增加微分增益（即KD）的参数值。
2）采用前馈控制，前馈控制是控制指令绕过PID调节器，直接作用与电液执行机构，可以有效的快速的影响指控指令。
3）采用“预估控制”策略的控制过大的频率波动和加快调节过程。预估控制是测量电网的频率变化量和变化速度，根据此预估由冲击负荷量的大小，然后送出增加或减少负荷的指令，该指令通过前馈控制很快使系统负荷平衡。
8、该调速系统具备满足电网要求的一次调频功能，并能通过串口和监控实现通讯。与监控系统的通信一般采用国际标准MODBUS，RS485形式，技术已经非常成熟，通信内容可根据需要进行增减。
9、该调速器系统采用的紧急停机装置为德国辉托斯公司的电磁换向阀，当调速器接受到紧急停机令，无论所处何状态状态（自动、电手动、手动），直接作用主配压阀将导叶接力器关闭，可靠、迅速。具有如下特点：其一采用双电磁铁带定位器结构，可以实现位置状态保持，避免电磁长期带电;其二，可以进行手动操作。
10、该调速器系统具备分段关闭功能，因柴石滩电站引水隧道短，没有调压井，不满足调保计算，因此该功能没有实现投入。
11、该调速器系统具备事故配压阀，当机组转速过高、调速器关闭失灵时，SGP集成事故配压阀接受过速保护装置的信号，其阀芯在差压作用下换向，将调速器系统油路切断同时接通油压装置的压力油，直接驱动导叶接力器，紧急关闭导水机构，防止机组发生非车事故。
综上所述，柴石滩电站WDT-100-4.0型调速器不仅经济性、可靠性和安全性相当不错，而且还能满足电网各项技术要求和电网各项试验指标。在混流立式中小型机组和坝后电站比较值得推广。
作者简介：
刘海昆（1975.05.07-）男，箱贯云南宜良。大学本科，技师、从事水电站的运维及检修工作。
关键词：WDT-100-4.0型混流式全可编程水轮机电液调速器
柴石滩水电站位于云南省昆明市宜良县境内，电站总装机3×20MW。2001年8月份投产后三台机组调速器尚未更新换代，原设备结构复杂，采用机械位移型主配压阀，通过交流伺服电机控制主配压阀引导阀的上下运动、从而带动主配活塞运动，主配的复中需要由与主接力器连接的反馈钢带和平衡杠杆来实现。因采用了机械反馈钢带，调速器固有机械死区无法消除，再则电气元器件已超过使用年限，运行风险很大，检修、维护工作量大，特别是原有调速器的可编程控制器、人机界面等元器件皆已停产，备品备件已不能供应。
介于上述原因，2018年电站决定将调速器更新换代，在优先满足电力系统对调速器的各项试验技术指标、所属调度机构的技术要求下，采用了原武汉长江控制设备研究所设计研发的主流产品WDT-100-4.0型混流式全可编程水轮机电液调速器，相对于原来的调速系统和其他产品，它具有以下的技术特点和完善的功能：
1、该调速器全双通道、双冗余，两套法国施耐德M258可编程控制器足够大的容量及其优于常规PLC的特殊优势，完全能够满足各种自动控制的附加要求。电气部分采用两套完全相同的法国施耐德公司M258系列可编程控制器组成双冗余容错控制系统，主体硬件接口丰富，无论是在运算能力还是在扩展性能、可维护性、通讯能力上都优于其他产品。此外，人机对话采用基于WINDOWS-NT开发的操作系统，配以台湾台达彩色触摸屏作为显示单元，操作方便、能直观显示调速器检测的故障、便于检修人员快速分析知道故障原因、可靠性极高。
2、该调速器电液转换部分采用电液比例阀+数字阀，双通道，互为备用。调速器机械部分电液转换单元采用德国Bosch-Rexroth公司高性能比例伺服阀+数字阀组成冗余容错控制系统。这两套阀一只作为主电液转换器，而另一只则作为备用通道，这两只电液转换器是互为备用的，上电时哪一只作为主电液转换器既可以由微机随机产生的也可以人为选择。伺服比例阀直接对主配压阀采用流量输入与流量负反馈的控制方式，使主配压阀活塞在正、负流量输入的作用下，产生向上、向下的位移，其位移量与输入的流量在一定范围内成正比，当流量输入为零时，主配压阀活塞将迅速复中。该型装置没有油管和调节杆件，没有机械反馈，安装调整方便，结构简单，可靠性高，耗油量小。另外，自动与手动的互相切换可无条件无扰动地进行。该调速器具有一个突出特点：采用两套完全相同（硬件和软件）的可编程控制器和比例伺服阀+数字阀电液转换系统;并且具有纯手动操作阀，主配压阀为液压内反馈自复中式主配压阀，能够实现掉电后的自复中功能;其中一套作为自动调节主通道，通过比例伺服系统（电液随动系统）保证优良的技术性能指标;为满足大型水电厂的安全可靠运行，另设置一套比例阀系统作为备用通道。当自动调节主通道退出或意外故障时，自动备用通道工作或采用电手动控制方式，并可方便直接进行纯手动操作。
3、该调速器具有一项自主专利技术：液压内反馈式主配压阀，无机械复中部件，完全依靠流量负反馈实现主配压阀复中功能，能确保无电信号情况下主配压阀能够自动复中。
4、测频环节，采用了基于PLC本体测频精度高;测频采用齿盘和残压双路测频，同时齿盘测频采用双探头冗余方式，保证了调速器测频精度、实时性和高度可靠性。在开机过程中，特别是励磁未投入时，残压不稳定，此时机组频率采用齿盘测速装置测量;当机组励磁投入且转速接近空载时，机组PT信号源比较稳定，测量精度高，采用残压测频装置测量，使机组能够快速地并网;并网后，以PT测频为主，保证调速器的调节品质，同时以齿盘测速作为备用，充分保证测频的可靠性。当主测频回路故障或比较结果超出范围时，用备用测频值供调速器测频使用。调速器在并网后，网频也可作为调速器机频值的后备。
5、该调速器位置反馈采用国际知名品牌美国MTS，该传感器为直线位移传感器，它利用非接触方式监察着活动磁铁的位移，由于磁铁和传感器并无直接之接触，因此，传感器在恶劣的工业环境下，例如易受油渍、溶液、尘埃或其它的污染也能正常工作。此外，传感器能承受高温、高压和高振荡的环境。传感器输出信号为绝对数值，所以即便电源中断重接也不会对数据接收构成问题，更无须重新调整零位。由于传感组件都是非接触的，所以就算感测过程是不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。该传感器具有成本、使用寿命长、工作可靠、分辨率高、抗干扰性好的优点。
6、电源系统，采用"双整流器的冗余型电源系统"方案，进一步提高了调速系统的可靠性。WDT-100-4.0型调速器采用厂用交流、厂用直流双路供电方式，任一路电源消失，不会影响调速器的自動正常运行。开关电源采用台湾MEAN WELL电源，可靠性极高。
7、独特的机组孤网运行控制策略：在微机调速器中设置进入小网（或孤立负荷）运行的状态判断功能，利用对机组频率波动的特征来判断是否进入孤网运行（一般采取发电机出口开关状态来判断），对于处于孤立电网运行的机组的稳定性问题和抗冲击负荷能力问题采取以下策略：
1）在空载和负载运行时均采用自适应PID调节规律，当负荷或频率波动增加时，调速器能自动辨认并增加微分增益（即KD）的参数值。
2）采用前馈控制，前馈控制是控制指令绕过PID调节器，直接作用与电液执行机构，可以有效的快速的影响指控指令。
3）采用“预估控制”策略的控制过大的频率波动和加快调节过程。预估控制是测量电网的频率变化量和变化速度，根据此预估由冲击负荷量的大小，然后送出增加或减少负荷的指令，该指令通过前馈控制很快使系统负荷平衡。
8、该调速系统具备满足电网要求的一次调频功能，并能通过串口和监控实现通讯。与监控系统的通信一般采用国际标准MODBUS，RS485形式，技术已经非常成熟，通信内容可根据需要进行增减。
9、该调速器系统采用的紧急停机装置为德国辉托斯公司的电磁换向阀，当调速器接受到紧急停机令，无论所处何状态状态（自动、电手动、手动），直接作用主配压阀将导叶接力器关闭，可靠、迅速。具有如下特点：其一采用双电磁铁带定位器结构，可以实现位置状态保持，避免电磁长期带电;其二，可以进行手动操作。
10、该调速器系统具备分段关闭功能，因柴石滩电站引水隧道短，没有调压井，不满足调保计算，因此该功能没有实现投入。
11、该调速器系统具备事故配压阀，当机组转速过高、调速器关闭失灵时，SGP集成事故配压阀接受过速保护装置的信号，其阀芯在差压作用下换向，将调速器系统油路切断同时接通油压装置的压力油，直接驱动导叶接力器，紧急关闭导水机构，防止机组发生非车事故。
综上所述，柴石滩电站WDT-100-4.0型调速器不仅经济性、可靠性和安全性相当不错，而且还能满足电网各项技术要求和电网各项试验指标。在混流立式中小型机组和坝后电站比较值得推广。
作者简介：
刘海昆（1975.05.07-）男，箱贯云南宜良。大学本科，技师、从事水电站的运维及检修工作。