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摘要：本文分析了某水电站调速系统现场信号采集问题的原因，并提出了解决问题的相应方法与措施。由于安装位置的影响，水压传感器的采样信号会出现不规律的波动，导致调速系统报水压传感器采样故障，或者是自动水头波动较大，笔者根据采样信号的变化特点与水头规律，采用滤波法与算术平均法解决该问题。
关键词：调速系统 齿盘测速 自动水头 多重测周法
1引言
四川某电站装设4台单机600MW的水轮发电机组，首台机组于2012年3月顺利投产发电，2013年3月4台机组全部投入商业运行回头来看，总结投运经验，尤其在外部信号的采集过程中，其实还是遇到过一些问题。
2机组测速方式的探讨
2.1 现场调速系统的测速方式
调速系统以“残压测速为主、齿盘测速为备用”的测速方式工作，每套PCC硬件系统有3个独立的测速通道：残压、齿盘1、齿盘2。齿盘测速部分共有4个测速探头，每套PCC各用2个。运行流程里设定的优先顺序为“主运套PCC残压﹥备用套PCC残压﹥当前主运套PCC齿盘1﹥当前主运套PCC齿盘2”，结构简图如图1所示。
2.2 现场调速系统测速存在的问题
4套调速系统全部投入运行后，所有机组齿盘测速通道测得的频率值在±0.5Hz范围内波动，如果在残压测速通道失效的情况下，齿盘测速用于调速器控制时，将出现大幅度、反复调节的情况，导致负荷大幅度波动、液压系统抽动，加快机械部件的磨损。
2.3齿盘测速不稳定的原因分析
根据以上情况，可以分析出，齿盘测速不稳定是由于信号源本身存在不稳定的因素；而影响信号源稳定的因素有：
（1）测速齿盘加工精度不满足齿盘测速的要求；
（2）齿盘测速探头安装位置的影响；
（3）机组的震动与摆动的影响。
2.3.1 齿盘加工精度的影响
测速齿盘共60个测速孔（方孔），120个蠕动测速孔（圆孔）；分为4瓣，齿盘厚度为4.5mm，测速齿盘结构。
使用游标卡尺对测速孔进行测量，测速孔宽为Fa，孔间间距为Fb，测量结果为孔宽之间的差值，孔间距之间的差值均未超过0.5mm；由于单齿测速是扑捉两个连续上升沿，因此综合一组齿的综合误差接近1mm。
当水轮发电机组的磁极对数为P 时，若将外径为D的齿盘加工成N 个齿，则各齿之间的标准加工间距（齿距）为d =πD / N。机组旋转时，探头可接收到各齿边沿通过探头时感应产生的方波信号。若在t 时刻记录到第k 个齿距通过探头测量点的时间s（t），则此时的机组转速n*（t）为：
那么，齿盘安装后的分布均匀性，齿间相对差值应不大于 0.002512 mm。
将现在安装前的测量数据，齿间间距差值取±1mm，代入（3）计算。则：
转速相对误差 = 1×50/D = 0.4HZ
0.4HZ的计算结果是不考虑探头安装工艺与4个接口处的连接所产生的误差。现在测量最大在0.5HZ，也就是安装后的误差0.5mm以上
（2）齿盘测速探头安装位置的影响
现探头安装基座在一根立筋上，基座的安装台对机组大轴面为直线型。
（3）机组的震动与摆动的影响；
在安装测速齿盘的位置大轴的震动与摆度暂时没有实际的测量数据，等有实际测量数据后方能判断对测速是否有影响。
综上所诉，影响齿盘测稳定性的主要因素是测速齿盘加工精度太低，不能满足现场实际运行的要求。
2.4 现场解决方法
在不更换测速齿盘的情况下，现场对齿盘测速程序进行优化；当频率超过45HZ时，采用机组转动一周计算一次频率的方法（多重测周法），避免由于齿间距加工误差造成的影响，频率低于45HZ时，由于机组转速在变化，且调速器频率不参与PID调节，可以采用每个齿测量一次的方法，以保证测量频率的实时性。
（1）由于机组的惯性非常大，机组在短时间内速度的变化量比较小，也就是说机组的加速度小，这有利于多重测周法的实施。
（2）机组在发电状态下，机组频率都在50Hz附近，机组的额定转速为100r/min，机组转一周耗时600ms，程序中主环积分环节在200ms级任务中，也就是每200ms执行一次。在大惯性机组中，600ms取一次频率的变化值能够满足实时控制的要求。
3 总结
从现场的实际运行经验与调速系统的工作机理，提高齿盘测速信号与水头信号的精准性，以及调速系统运行的可靠性可以从以下几个方面入手。
（1）、提高测速齿盤的加工精度，齿盘应该整体加工，安装在发电机顶端，可减少加工误差与机组震动对测速精度的影响。
（2）、对于高转速或者大惯性的机组，优先采用多测周法，弱化测速齿盘加工精度及安装误差对测速精度的影响。
（3）、可以考虑双探头测速方案；该方案优点是测频不受机械部件加工及安装精度的影响。
参考文献
[1] 魏守平. 现代水轮机调节技术. 武汉： 华中科技大学出版社. 2002，1.
[2] 南海鹏. 水轮发电机组PCC控制. 西安： 西北工业大学出版社. 2002，8.
[3]孔昭年. 中国水电控制设备论文集.武汉：长江出版社. 2009，8.
（作者单位：南电网有限责任公司电力科学研究院1 国电南瑞科技股份责任公司2 ）
关键词：调速系统 齿盘测速 自动水头 多重测周法
1引言
四川某电站装设4台单机600MW的水轮发电机组，首台机组于2012年3月顺利投产发电，2013年3月4台机组全部投入商业运行回头来看，总结投运经验，尤其在外部信号的采集过程中，其实还是遇到过一些问题。
2机组测速方式的探讨
2.1 现场调速系统的测速方式
调速系统以“残压测速为主、齿盘测速为备用”的测速方式工作，每套PCC硬件系统有3个独立的测速通道：残压、齿盘1、齿盘2。齿盘测速部分共有4个测速探头，每套PCC各用2个。运行流程里设定的优先顺序为“主运套PCC残压﹥备用套PCC残压﹥当前主运套PCC齿盘1﹥当前主运套PCC齿盘2”，结构简图如图1所示。
2.2 现场调速系统测速存在的问题
4套调速系统全部投入运行后，所有机组齿盘测速通道测得的频率值在±0.5Hz范围内波动，如果在残压测速通道失效的情况下，齿盘测速用于调速器控制时，将出现大幅度、反复调节的情况，导致负荷大幅度波动、液压系统抽动，加快机械部件的磨损。
2.3齿盘测速不稳定的原因分析
根据以上情况，可以分析出，齿盘测速不稳定是由于信号源本身存在不稳定的因素；而影响信号源稳定的因素有：
（1）测速齿盘加工精度不满足齿盘测速的要求；
（2）齿盘测速探头安装位置的影响；
（3）机组的震动与摆动的影响。
2.3.1 齿盘加工精度的影响
测速齿盘共60个测速孔（方孔），120个蠕动测速孔（圆孔）；分为4瓣，齿盘厚度为4.5mm，测速齿盘结构。
使用游标卡尺对测速孔进行测量，测速孔宽为Fa，孔间间距为Fb，测量结果为孔宽之间的差值，孔间距之间的差值均未超过0.5mm；由于单齿测速是扑捉两个连续上升沿，因此综合一组齿的综合误差接近1mm。
当水轮发电机组的磁极对数为P 时，若将外径为D的齿盘加工成N 个齿，则各齿之间的标准加工间距（齿距）为d =πD / N。机组旋转时，探头可接收到各齿边沿通过探头时感应产生的方波信号。若在t 时刻记录到第k 个齿距通过探头测量点的时间s（t），则此时的机组转速n*（t）为：
那么，齿盘安装后的分布均匀性，齿间相对差值应不大于 0.002512 mm。
将现在安装前的测量数据，齿间间距差值取±1mm，代入（3）计算。则：
转速相对误差 = 1×50/D = 0.4HZ
0.4HZ的计算结果是不考虑探头安装工艺与4个接口处的连接所产生的误差。现在测量最大在0.5HZ，也就是安装后的误差0.5mm以上
（2）齿盘测速探头安装位置的影响
现探头安装基座在一根立筋上，基座的安装台对机组大轴面为直线型。
（3）机组的震动与摆动的影响；
在安装测速齿盘的位置大轴的震动与摆度暂时没有实际的测量数据，等有实际测量数据后方能判断对测速是否有影响。
综上所诉，影响齿盘测稳定性的主要因素是测速齿盘加工精度太低，不能满足现场实际运行的要求。
2.4 现场解决方法
在不更换测速齿盘的情况下，现场对齿盘测速程序进行优化；当频率超过45HZ时，采用机组转动一周计算一次频率的方法（多重测周法），避免由于齿间距加工误差造成的影响，频率低于45HZ时，由于机组转速在变化，且调速器频率不参与PID调节，可以采用每个齿测量一次的方法，以保证测量频率的实时性。
（1）由于机组的惯性非常大，机组在短时间内速度的变化量比较小，也就是说机组的加速度小，这有利于多重测周法的实施。
（2）机组在发电状态下，机组频率都在50Hz附近，机组的额定转速为100r/min，机组转一周耗时600ms，程序中主环积分环节在200ms级任务中，也就是每200ms执行一次。在大惯性机组中，600ms取一次频率的变化值能够满足实时控制的要求。
3 总结
从现场的实际运行经验与调速系统的工作机理，提高齿盘测速信号与水头信号的精准性，以及调速系统运行的可靠性可以从以下几个方面入手。
（1）、提高测速齿盤的加工精度，齿盘应该整体加工，安装在发电机顶端，可减少加工误差与机组震动对测速精度的影响。
（2）、对于高转速或者大惯性的机组，优先采用多测周法，弱化测速齿盘加工精度及安装误差对测速精度的影响。
（3）、可以考虑双探头测速方案；该方案优点是测频不受机械部件加工及安装精度的影响。
参考文献
[1] 魏守平. 现代水轮机调节技术. 武汉： 华中科技大学出版社. 2002，1.
[2] 南海鹏. 水轮发电机组PCC控制. 西安： 西北工业大学出版社. 2002，8.
[3]孔昭年. 中国水电控制设备论文集.武汉：长江出版社. 2009，8.
（作者单位：南电网有限责任公司电力科学研究院1 国电南瑞科技股份责任公司2 ）