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水輪機調(diào)速器自動水頭功能淺析

文檔作者：陸丁文檔來源：廣西長洲水電開發(fā)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年03月05日
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小水電2017年第1期(總第193期) 計算機應(yīng)用
水輪機調(diào)速器自動水頭功能淺析
陸丁
(廣西長洲水電開發(fā)有限公司，廣西梧州543002)
摘要：長洲電廠的水庫多為日調(diào)節(jié)水庫，機組發(fā)電水頭低且日間水頭變化大，實時水頭下的協(xié)聯(lián)曲線在很大程度上
能提高機組的水能利用率；通過對機組自動水頭的采集方式及程序的優(yōu)化進一步完善了機組自動水頭功能，取得不錯的效
果。圖1幅，表2個。
關(guān)鍵詞：水輪機調(diào)速器；水頭采集；水頭處理；自動
1概述
廣西長洲水利樞紐位于西干流、潯江末端的長
洲島河段上，是西江流域廣西境內(nèi)最后l座梯級電
站，電站共安裝15臺單機容量42 Mw的燈泡貫流
式機組，設(shè)計發(fā)電水頭2．5～16 m；因此調(diào)速器自
動水頭功能的實現(xiàn)對其尤為重要。其運行水庫多為
日調(diào)節(jié)水庫，機組發(fā)電水頭低且日間水頭變化大，
自動水頭的實現(xiàn)在很大程度上能提高機組的水能利
用率，同時對機組穩(wěn)定性試驗(包括機組振動區(qū)的
界定)校核、協(xié)聯(lián)曲線校準、AGC自動水頭應(yīng)用
具有很大意義。
長洲電廠調(diào)速器一直未實現(xiàn)自動水頭功能，主
要原因是原設(shè)計為通過壓力變送器分別測量上游流
道進口和尾水管出口的壓力，兩者的壓力信號經(jīng)水
利測量盤系統(tǒng)后計算機組靜水頭，該值即為機組的
自動水頭。另外，長洲電廠機組流量采用差壓測流
法，在實際應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生測壓管堵塞，水頭的采
集誤差及穩(wěn)定性較差，故長洲電廠自動水頭功能需
對水頭的采集單元和處理程序進行完善。
Q=K(△P)o‘5 (1)
日_P·-P2+籌(壽一去) (2)
式中，日為凈水頭(m)；p為實際流量(矗／s)；
JPl為流道進口壓力(bar)；P2為尾水管出口壓力
(baLr)；A．為流道進口壓力測點的流道斷面積
(m2)；A2為流道進口壓力測點的流道斷面積
(m2)；△P為流量測量測點壓差(kPa)；K為流量
系數(shù)。
由上式可知，流量測點壓差、流道進口壓力及
尾水管出口壓力都影響著機組凈水頭的計算。而長
洲電廠多年平均入庫流量為6 530 m3／s，洪水期間
水質(zhì)含沙量大，經(jīng)常發(fā)生測壓管淤泥堵塞情況，故
公司決定對現(xiàn)有水頭采集單元進行改造。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，送外江機組公用
屏。機組的欄污柵后，面向上游進水口閘門的前方
各安裝1只鋼筒，放人投人式液位變送器，作為運
算機組凈水頭的1個參量，記做日。每臺機組的凈
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
長洲電廠原設(shè)計機組凈水頭及流量測量均通過
壓力變送器信號轉(zhuǎn)換計算后得出： }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1和下游水位水位計2：
· 53 ·
= 一
萬方數(shù)據(jù)
SMAIJ．HYl)R0 P(如r職2017^，o．J．7‰以Ⅳo．』9j
量程為O～20 m，對應(yīng)4—20眥，水位計安裝高程
為4．65 m(庇1)。
(2)上游水位水位計：量程0。5 m，對應(yīng)4～
20 IIla，水位計安裝高程為17．24 m(^2)。
(3)機組攔污柵后水位水位計：量程0。5 m，
對應(yīng)4—20 IIla，水位計安裝高程為16．45 m(^，)。
則可得出：
①機組攔污柵后水位實際值(穢，)=機組攔污
柵后水位計測值+^，
②下游水位實際值(穢2)=下游水位水位計測
值+^l
③機組水頭計算值=機組攔污柵后水位實際值
(口，)一下游水位實際值(釘：)
當機組水頭變化在10 cm以內(nèi)時不刷新上送調(diào)
速器的機組水頭(機組水頭量程0．27．648對應(yīng)4
～20嘲)，經(jīng)機組現(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
輸出名稱水頭測值／m 測試情況
4 機組水頭正常
3水頭處理程序完善
長洲電廠為燈泡貫流式機組，正常運行時的水
位波動最大在20。30 cm之間，但在相鄰機組開停
機過程中水位波動往往能達到80～110 cm。原自動
水頭程序中，對水頭死區(qū)未加考慮，為確保水頭采
集的穩(wěn)定性，對程序進行如下修改：
3．1 定義
有效水頭(mⅨ)：最終參與槳葉控制的工作
水頭。
自動水頭(磁∞)：來自水利測量盤提供的4一
·54·
20 lll￡I模擬量。
手動水頭(HSD)：由用戶在觸摸屏上手動輸
入，或程序自動賦值。
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(MB0[62])：用戶在觸摸屏上手動
設(shè)置。
水頭越限(MBo[52])：若水頭不在∈(2．5，
16)m，則報水頭越限。
3．2程序初始化
經(jīng)過調(diào)零調(diào)幅，得出水頭值鋤，若水頭采樣
大于O，則認為有效；若水頭采樣小于0，則將手
動水頭賦值為S『IU。
3．3程序循環(huán)
掃描周期為1 s，自動水頭賦值周期10 miIl，
即每秒為周期進行數(shù)據(jù)采樣，滿10 IIlin進行一次
水頭的賦值刷新，運行結(jié)果如下：
在0 rnin時，將STl～S，r5中最后一個不為零的
值賦值給鋤，作為自動水頭；同時將sTo賦值給
手動水頭MB4[71]一次。
在2 111in時，取一次采樣值眥Y1，經(jīng)過調(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，取一次采樣值汛Y1，經(jīng)過調(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，取一次采樣值S1℃Y1，經(jīng)過調(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，取一次采樣值sTcYl，經(jīng)過調(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，取一次采樣值srCYl，經(jīng)過調(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)若水頭信號沒有出現(xiàn)斷線，即采樣值一直
存在。
①在一個周期(10 IIlin)內(nèi)，有效水頭H怩只
(下轉(zhuǎn)第58頁)
萬方數(shù)據(jù)
運行與維護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：當小波動調(diào)節(jié)時，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打開，調(diào)壓閥接
力器保持關(guān)閉狀態(tài)不動；當大波動關(guān)閉時，導(dǎo)葉接
力器關(guān)機側(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。
當調(diào)壓閥在任意位置拒動時，調(diào)壓閥接力器停
止運動，導(dǎo)葉正常關(guān)機的油路被阻斷，只能通過節(jié)
流孔c慢速關(guān)機，這樣就避免了此時導(dǎo)葉快速關(guān)閉
帶來的水壓上升過高。
這種四閥盤滑閥結(jié)構(gòu)的特殊主配壓閥實現(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時間
間隔和純機械手動狀態(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
實現(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應(yīng)采取相應(yīng)措施，兼
顧調(diào)速器的速動性和控制精度。
3結(jié)語
采用上述設(shè)計的調(diào)壓閥專用高油壓調(diào)速器已經(jīng)
在國內(nèi)外多個采用調(diào)壓閥的機組上得到應(yīng)用，實踐
證明其完全能夠滿足電站的運行和一次調(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)
有1個值，不發(fā)生改變。
②進入下一個周期，有效水頭才有可能發(fā)生變
化。將上一個周期內(nèi)保存的5個值中，最后一個不
為零的值作為本周期的有效值。
③每賦值一次有效水頭，同時賦值手動水頭。
(2)若水頭信號出現(xiàn)斷線，即采樣值

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