2.9水輪發電機組啟動方式

選擇水輪發電機組啟動方式的主要因素：

a.機組達到額定轉速的時間短；

b.軸向水推力小；

c.水輪機力矩和軸向水推力波動小；

d.壓力引水管道的壓力變化小；

選取較大的啟動開度，機組達到額定轉速的時間較短。

水輪機推力軸承決定所能承受的軸向水推力的大小，軸向水推力的大小直接影響機組開始轉動所需的水輪機力矩。混流式水輪機的特點是軸向水推力不大。而有的軸流轉槳式水輪機選用較大的轉輪葉片安裝角，以降低啟動時的軸向水推力，並縮短機組達到額定轉速的時間，但需要較大的導葉啟動開度，機組在停機狀況，轉輪葉片已處在啟動安裝角位置，啟動時導葉打開後，轉輪葉片從轉輪葉片緩慢轉到協聯關係規定的位置；有的軸流轉槳式水輪機選用較小的轉輪葉片啟動安裝角，是因為軸向水推力不大，啟動時，導葉打開後至機組並網，轉輪葉片均處在同一啟動安裝角，所需的導葉啟動開度較小，啟動期間的耗水量也小。

在機組啟動過程中，接力器行程超過某一值後，水輪機力矩和軸向水推力迅速增大，脈動分量也隨之增大，機組開始轉動，並出現扭振，轉速達到額定轉速的20%～40%後才終止。

壓力引水管道的壓力變化是導葉開啟特性決定的，啟動開度愈大，接力器開啟速度愈快，壓力引水管道中壓力降低也愈大。

為減小機組啟動過程中的扭振和壓力引水管道的壓力變化，盡可能讓接力器開啟平穩。

常見的水輪發電機組啟動方式有：

a.導葉大啟動開度的啟動方式。導葉啟動開度約為空載開度的110%～200%,當機組轉速約達額定轉速的90%時切至比空載開度稍大的第二啟動開度,當機組轉速約達額定轉速的95%時,調速器投入頻率控製。

b.導葉小啟動開度的啟動方式。導葉啟動開度約為空載開度的60%～70%，當機組轉速約達額定轉速的80%時，切至比空載開度稍大的第二啟動開度，當機組轉速約達額定轉速的95%時,調速器投入頻率控製。

c.加速度控製的啟動方式。從機組開始轉動至額定轉速的20%，頻率給定跟蹤機組頻率；機組轉速約達額定轉速的85%前，機組加速度設定為2Hz/s；機組轉速約達額定轉速的95%前，機組加速度設定為1Hz/s；機組轉速達額定轉速的95%後，機組加速度設定為0.5Hz/s，直至頻率給定值達額定值。

從第一張加速度控製機組啟動示波圖可見到在低轉速時伴隨有接力器擺動，它會加劇機組啟動過程中可能出現的扭振，在調試過程中應加強觀測。第二張加速度控製機組啟動示波圖(見下圖)是用相用軟件、不同的給定參數在另一水電廠的調試結果，與第一張的區別是，導葉接力器從開始開啟至給定值後，導葉接力器以勻速開啟至空載開度，啟動平穩。

圖1導葉大啟動開度的啟動方式

圖2 導葉小啟動開度的啟動方式

圖3 加速度控製的啟動方式(1)

調研過程中,我們在泰安水電廠看到另一種啟動方式，啟動時導葉接力器以勻速開啟至比空載開度稍小的啟動開度，機組轉速達95%額定轉速時，調速器投入頻率控製{圖3 }。 從圖3 中，我們可看到，啟動過程中，在導葉接力器小開度、低轉速時，導葉後轉輪前的水壓有明顯的波動，如此時伴隨有接力器擺動，將加劇我們所不希望的這一波動。

圖4 加速度控製的啟動方式(2)

圖5 泰山啟動方式

李晃執筆

3．國產調速器調查報告

3.1調研概況

2006年4月至2006年11月，項目調查組(後稱調查組)到我國20多個大型骨幹電站對已投運的近百台大型水輪機調速器及輔助的設備的配置和運行情況進行了現場調查(詳見附表)，還對我國數十座電站的水輪機調速器設備的配置和運行情況作了函調。基本摸清了國產大型水輪機調速設備的係統結構和配置、功能、技術性能、運行情況，並了解到現場對 大型水輪機調速設備的一些特殊要求。

調查組現場調查的20多個電站中，大多是混流式機組，也有轉漿式，貫流式和抽水蓄能機組。單機容量大多在20萬KW以上，或主配壓閥直徑大於150，工作油壓40kg/cm2以上，其中進口調速器20台，國產調速器89台，本節綜述國產調速設備的調查情況。

3.2我國近期投運的大型水輪機調速器設備的主要特征

上世紀八十年代開始到世紀末，是我國微機調速器器迅速發展的階段，投入運行的大型國產調速設備全部是微機控製的。調速器大多采用了電子調節器加電液隨動係統的係統結構，采用自製專用機（單片機）和STD 總線工業機的調節器多為雙機冗餘配置，采用PLC作調節器，多為單機方案。電液轉換部件世紀末大多采用步進電機或伺服電機作電∕機轉換器，調速器專用的環噴式和雙錐式電液伺服閥逐漸退出。

本世紀初由於大量采用PLC、PCC、IPC工業控製計算機、工業標準液壓部件和工業自動化係統標準的傳感器等部件後，國產微機調速器進入了一個穩定發展和提高的階段。主要表現在成功的采用比例伺服閥作為電液轉換部件；廣泛采用自動複中的電∕機轉換器，采用無接觸式的磁致伸縮型位移傳感器，成功的應用PLC作雙機冗餘調節器；采用大尺寸彩色觸摸屏和工業平板 PC機作人機界麵，國產大型調速設備在激烈的市場競爭中，調速器的硬件配置品質和生產工藝提高了，服務質量也提高了，國產調速設備受到廣大用戶的好評。

3.2.1水輪機調速器的係統結構和手動操作方式

我國大型水輪機調速器常見的係統結構和配置有如下四種：（詳見附表）

（1） 雙微機調節器+ 雙冗餘比例閥的電液隨動係統 &, nbsp;

（2） 雙微機調節器+電液隨動係統 &nb, sp;

（3） 微機調節器+電液隨動係統

（4） 微機調節器+ 位置伺服裝置+機械液壓隨動係統

（第一級隨動）（第二級隨動）

為了調速器的調整試驗時操作調速器，電氣故障和特殊故障下關閉水輪機導葉，調速器都設置了手動操作機構。（1）（2）（3）種係統結構的調速器可以選用機械閉環、機械開環、電氣閉環和電氣開環的幾種手動操作方式。第（4）種係統結構，由於巳裝有機械位移反饋，一般均采用機械開度限製和手動操作機構，而且這種機械手動是閉環控製的。

3.2.2主要環節的配置

近十年來，我國大型水輪機調速器的重要環節硬件配置的品質明顯提高，采用國際知名品牌的優質部件，如德國Bosch公司的比例伺服閥，美國MTS公司的Temposonics 磁致伸縮直線傳感器。構成微機調節器的PLC過去為降低成本采用中低檔產品，現在也開始采用中高檔次的產品。如美國GE Fannc自動化公司的PACSystemsTM係統。它是GE公司推出的最高檔次的PLC，它具有模塊化，可擴展的體係結構，所有模塊可以熱插撥，具有防爆安全模塊，具有極高的抗幹擾能力和可靠性。美國Schneider（施耐德）公司的Quentum係列，140CPU434 12A型PLC和三菱公司Q係列產品。中高檔PLC產品不斷提高了微機調節器的技術性能，而且使PLC構成雙冗餘和交義冗餘的調節器成為現實。使我國微機調速器的性能和可靠性進一步提高，甚至高出國際知名調速器廠家的采用專用微機模塊構成的調速器。在硬件配置上國產調速器已與國際接軌。並不固守所謂的"國產化"。哪個品種的質量好，適合於提高調速器的品質就采用哪種。

3.2.2.1電液轉換部件：

1 作為電—液轉換部件在大型調速器大多采用的是Bosch公司的比例伺服閥。調查中看到配置該部件的調速器有樂灘、岩灘（新）、紫坪鋪、桐仔豪、桐柏、公伯峽。

2.作為電—機轉換部件，最新推出的是采用三菱公司的MTNAS的交流伺服電機和交流伺服驅動器，用它和具有自動複中功能滾珠螺旋機構組成電∕機轉換器，其功能與傳統的電液轉換器相同，將電氣量成比例轉換成機械 位移 。是一種純電氣的不用油的電∕機轉換裝置，輸出力大，速動性好，工作可靠。其驅動器帶有CPU和人機交互界麵，並容易與可編程控製器構成的電子調節器連接。

3 用步進電機（伺服電機）和具有自動複中功能的滾珠螺旋機構構成的電∕機轉換部件，具有輸出力矩大，工作可靠性高，在我國廣泛應用（尤其中在大中型水輪機調速器中），技術成熟，經驗豐富也是一種很優秀的電∕機轉換部件。

3.2.2.2微機調節器的硬件配置

可編程控製器（PLC）工業控製機（IPC）和可編程微機控製器（PCC）都已在微機調速器中得到應用，它們都可以滿足調速器的控製的性能和功能的要求。它們屬於工業控製微機範疇，都是工業化生產的通用部件，PCC融會了PLC和IPC優勢，是後期開發的工業控製機產品，目前僅一家公司生產並向全球供，它采用了摩托羅拉公司高端芯片，MC68係列產品具有很多優越的功能。PLC和IPC則在全球微機銷售量上占絕對優勢，可供選擇的產品十分豐富。PLC進入國際化、標準化、係列化、網絡化的新的發展階段。PLC構成的微機調速器在我國現在是，將來也會保持主導地位。這次調查中國產調速器采用PLC配置的比例也較高。

1。位移傳感器

上世紀八十年代國產調速器廣泛配置精密線繞電位器作位置傳感器，目前隻在中小型低價位的水輪機調速器中使用這接觸式傳感器。本世紀以來，大型調速器不再配置接觸式位置傳感器，目前大型調速器配置的位置傳感器大多為：美國MTS公司生產的磁致伸縮型直線位移傳感器。測量範圍50～1220mm。供電電壓在13.5——26.5伏範圍。 輸出信號可以是4——20mA（或DC 0——10伏），也有數字量輸出的產品，該產品技術性能優良，工作可靠性高，早些年已廣泛用於冶金行業中的惡劣環境。

2． 人機交互界麵

在這次調查中已看到，調速器人機交互界麵得到迅速的發展，近幾年投入運行的大型水輪機調速器，大多采用了觸摸式液晶顯示屏。由於彩色式觸摸屏的應用，調速器的人機交互界麵內容豐富，友好。有最基本的狀態和參數指示。還增加圖形顯示，故障記錄，以及現場實驗數據和曲線的記錄顯示等。不僅顯示和操作的內容豐富，而且硬件構成十分簡單，僅用通訊方式與主機相連，減少了很多硬接線，降低了調速器故障率。用作人機交互界麵的器具目前廣泛使用的有兩種：一種是工業平板PC機，它具有獨立的CPU操作係統，典型的產品是PPC—123T∕M（帶有觸摸屏）是高檔次大型調速器首選產品。另一種是彩色觸摸屏，典型產品SAT23OGE。它具有與可編程的通訊接口，使用方便，價位較前者便宜。一般配置較低檔的水輪機調速器。

3.2.3手動操作方式

為了方便調速器的調整試驗和電氣故障特殊情況下保證能關閉水輪機導水葉，調速器中必須設置手動操作機構。在水輪機調速器技術標準中要求調速器必須設置手動操作機構。大型和巨型水輪機的用戶十分重視手動操作的可靠性。國產的調速器目前均設置了該環節。上世紀八十年代以前，我國調速器大多采用了帶機械反饋的機械式手動操作機構，而且一般與機械開度限製合二為一，隨著電氣開度限製的應用和調速器可靠性能的提高，為簡化調速器係統機構，開始改用電氣開度限製和電氣手動操作方式，取消接力器的機械反饋裝置，方便了調速器在電站中的布置。受到設計院的歡迎，在招投標書中十分熱衷電氣手動操作。近十年來采用電氣手動操作方式的調速器占多數，國外調速器也有這種趨勢。由於大部分電氣手動操作方式是建立在電/機或電/液轉換部件可靠運行的基礎上，而且在調速器初期調整實驗時無法使用，一些巨型機組在配置調速器時，又對純機械手動操作方式十分在意。在選擇或製定調速器方案時采用何種方式的手動操作成了重要議題之一。這個問題，也是調查組討論得較多的問題。目前國產調速器中的手動操作方式有四種：機械式閉環手動操作方式（帶有接力器位置反饋）和機械開環手動操作方式（不帶接力器位置反饋），電氣閉環手動操作方式（帶接力器位置電氣反饋）和電氣開環手動操作方式（不需要接力器位置電氣反饋）。 從方便調速器投入運行調整試驗和保證電氣故障和特殊情況下機組安全出發，多數用戶和調查組認為機械式手動操作較為適合，不論是開環和閉環的機械開環手動操作都能達到保證機組在故障時關閉導水葉的目的，目前我國電網也較大，還沒有必要在電氣故障時要求機組長期手動運行，因此機械閉環手動操作的必要性不大。機械開環手動操作應該是大型和巨型水輪機調速器的最佳方式。

3.2.4主配壓閥

國產大型調速器的主配壓閥根據控製方式分為兩類：一類是是受機械位置控製，即輸入量為機械位移。另一類是受流量控製，即輸入流量。這兩類主配壓閥均與輔助接力器連成一體。

由於我國過去生產的調速器大量的采用位移輸出電液轉換器和用步進電機組成的電/機轉換器，所以已投產的大型調速器中主配壓閥大多是機械位移控製的。

這類主配壓閥一般與輔助接力器引導閥成一體，設計和加工工藝較成熟，運行可靠。是調速器運行中故障最少的環節。在調查中沒有用戶反映主配壓閥設計和加工質量問題。更沒有因主配壓閥問題而改造和更換國產調速器。目前我國的尺寸最大Φ200的主配壓閥在葛州壩（170MW）投入運行，正常工作已十多年。該主配壓閥是我國自己設計和加工的。

上世紀末，在大型調速器上用得較多的是由長沙星特公司設計的塊式直連式主配壓閥，帶有一級放大，能與位移輸出電液和電/機轉換器直連。該主配沒有襯套，通流量大，主閥尺寸為Φ150的主配壓閥，已在龍羊峽、白山、劉家峽、丹江口、岩灘、豐滿、大化、烏江渡等十多座大型電站運行。是我國自己設計製造的一種優秀的位移控製的主配壓閥。

我國設計和生產的受流量控製的主配壓閥有兩種：

一種是東方電機、三聯公司、事達公司和南瑞設計的輔助接力器（主配壓閥）帶有位置電氣反饋的主配壓閥，這類主配中為了在電沅消失時使主配壓閥自動複中，各家用了不同的技術措施。三聯公司和南自院采用裝於主配壓閥兩端的彈簧中，東方電機是附加一套引導閥係統形成的液壓內反饋複中。由於BOSCH閥的放大器中帶有輔助接力器位置電氣反饋信號的接口，國內多數廠家都用這種主配壓閥。國外調速器大多也采用這種輔助接力器帶有位置電氣反饋的主配。 但他們不作斷電自動複中的處理。

另一種是武漢長控所研製的帶有液壓內反饋的主配壓閥。 由於采用了液壓內反饋，主配壓閥的位移與比例伺服閥輸入流量成比例。當比例閥控製電流消失時，由於采用了液壓內反饋主配壓閥閥芯將自動複中。在組成電液隨動係統時，不再需要主配壓閥位置的電氣反饋信號。在調速器中少一個機械位置反饋裝置和回路。據不完全統計，這類Ф80—Ф150的主配壓閥已投運近百台，性能良好，運行正常。

近年來，采用比例閥控製的調速器發展較快，有些製造廠因招標文件的要求，向國外采購了用於流量控製的大型主配壓閥。例如，公伯峽使用的是從GE公司采購的FC主配壓閥，三峽右岸調速器由哈爾濱電廠生產，也采購了GE公司的FC閥，這種主配壓閥要實現比例伺服閥電氣信號與主配壓閥輸出流量（或主配壓閥位移）成比例，必須引出主配壓閥活塞的位置電氣反饋信號，此反饋信號與控製比例伺服閥的信號相比較構成一個閉環控製係統，該係統實現主配壓閥位移跟蹤比例伺服閥的控製電氣信號。當電源消失時，該閉環控製係統將失控，但Bosch的比例伺服閥設計了失電時，比例閥芯處於故障位，控製油將使FC主配活塞推向關閉的位置，確保機組的安全，但這種特性是不適合我國用戶的要求和電站運行習慣。我國電站常要求控製係統電源消失時，主配壓閥應自動回到中位。為了使失電時使FC閥芯保持在複中的位置上。必須采用一些技術手段和增設附加控製裝置。

哈爾濱電機廠在設計三峽右岸調速器主配壓閥時，為了將本來沒出有自複中機能的FC閥改造成在斷電時能自動複中，專門設計了自動複中的液壓控製回路，為此進行了大量的試驗和研究工作，才獲得滿意的結果。主配壓閥在調速器中雖然是十分重要的環節，不論是設計還是製造方麵其難度都不大。我國完全沒有必要從國外購買，我國在設計及生產調速器主配壓閥方麵有十分豐富和成功的經驗，並有成熟的產品。

3.2.5國產調速器的主要功能：

通過現場調查，函調和考察國內調速器主要生產廠的產品和資料，可以看出國產大型水輪機調速器的功能十分完善，技術性能優良，絕大多數調速器的技術指標能全麵的達到國家《水輪機調速器及油壓裝置技術條件》的要求。

盡管各生產廠家調速器的配置結構不完全相同，但是所能實現的基本功能基本相同。歸納起來國產大型水輪機調速器大多具備如下功能：

3.2．5.1基本功能

（1）機組和電網的頻率測量，實現頻率和負載調節的功能。

（2）空載運行時，機組頻率自動跟蹤電網頻率，實現快速並網功能。

（3）並入電網後，按永態轉差係數bp,和頻差自動調整機組出力的功能。絕大多數能滿足一次調頻的要求。

（4）識別工作狀態，自動改變工作模式，調節相應參數的功能，即適應式變參數PID。

（5）除能接受中央控製室的脈衝控製指令外，多數還具有與上位機通訊的功能。

（6）采集水頭信號，自動修正啟動開度的功能。

（7）對轉槳式水輪機，可實現輪葉轉角與水頭及導葉開度之間的精確的數字式協聯關係。

（8）友善的人機界麵，具有采集並顯示調速係統運行工況，工作狀況，調速器參數和故障部位的功能。

（9）實現自動工況至手動工況無條件無擾動的切換功能。

（10）在自動開機和停機操作功能。

（11）當自動部分故障具有手動操作功能（或電氣開環，或電氣閉環，或機械開環）。

（12）機組和輔助設備故障時，接受指令可實現緊急停機的功能。

（13）在線故障診斷和處理功能

微機調速器一般具有如下在線故障診斷和處理功能：

1）機組頻率號和電網頻率信號的在線監測、診斷和處理功能

2）導葉和輪葉位置反饋信號的在線監測診斷和處理功能

3）水頭信號消失的監測、診斷和處理功能

4）電/液或電/機轉換部件故障監測、診斷和處理功能

5）電液隨動係統的故障診斷和處理功能

6）微機主要模塊故障檢測和處理功能

當微機調速器監測或診斷出上述部位的故障時，一般都設計有處理的措施，確保故障不再擴大和保障設備的安全。例如，電/液轉換部件和電液隨動係統故障時一般的處理措施是自動轉入手動操作工況，並發出電調故障信號。

3.2.5.2特殊功能

1．容錯控製功能大多調速器設置，而且投入使用。

容錯控製功能是指當調速器控製係統中的部件發生故障時，控製係統自動切換到冗餘部件運行或允許調速器在降低一些性能指標的情況下保證機組帶負荷繼續運行。這一功能符合我國電網目前還不能允許機組經常停機實際要求。我國的微機調速器大多采用的是硬件冗餘的措施實現容錯功能控製。目前常用的冗餘控製有：

a) 雙微機係統冗餘：設置兩套相同的微機係統，一機工作，另一機熱備用，雙機相互通訊。一般微機係統均沒有自檢功能，工作機檢測到自身故障後切換到備用機。

b) 雙電液轉換部件冗餘

c) 雙導葉位置傳感器冗餘

d) 殘壓測頻和齒盤測頻冗餘

2．離線診斷和維護功能投入少，設置這功能的調速器也少。

該功能的設置主要為電廠維護檢修人員提供一種快捷簡便的檢測手段。維護人員可通過操作一係列有針對性的計算機指令，由計算機來完成對個硬件模塊插件板的檢查，使維護人員迅速了解設備中各硬件電路的情況，縮短分析查找故障的時間，減少檢修維護工作量。離線維護診斷項目包括CPU、EPROM、RAM、輸出功能模塊、數字給頂、開關量輸入、顯示麵板、調節參數顯示等。這種功能隻有部分電站設置，即使設置有這功能，電站很少開發使用。

3．少部分調速器設置智能調試和試驗功能

通常稱這種功能為計算機輔助試驗功能。試驗信號的發送、試驗數據的記錄、試驗數據的記錄、試驗曲線的繪製、參數的整定、試驗結果的分析、試驗報告的形成，都是由調速器內置的微機係統來實現的。這一功能為現場檢修維護人員提供了一種簡便易行的調試與整定手段，省去了外部測試儀器需要接信號傳感器和儀器的麻煩，調速器調試過程做到了省時省力，是調速器試驗手段的一種改革。

3.3國產大型水輪機調速器運行情況及存在的問題

我國大型水輪機電液調速器經曆了集成電路，單機板，自製專用微機和工業控製機的幾個發展階段。有的電站投產二十多年來，調速器經曆了2—3次技術改造，直至上世紀末，在調速器中普遍采用工業控製機（PLC，IPC，和PCC）、步進電機和工業標準液壓件（比例伺服閥，濾油器等）以後，微機調速器的發展才趨於穩定和成熟。上世紀九十年代以來，投入運行的大型調速器產品，運行情況普遍反映較好，故障率低，檢修工作量減少。在被調查的20多個電站中，沒有出現過因調速器故障被迫停機的事故，但是運行中仍存在一些故障和缺陷，歸納起來有：

（1）采用國產電液伺服閥的電站（漫灣、李家峽、龍羊峽 、岩灘、大化、豐滿）反映電液伺服閥的故障多，如排油管不暢，卡阻，引起溜負荷和不明原因的抽動。采用進口電液伺服閥（moog閥）的電站（隔河岩、小浪底 、天荒坪）反映進口的電液伺服閥對油質要求太高，隔河岩曾多次卡澀，每年還必須更換新油，浪費太大。公伯峽采用的Bosch的比例伺服閥，反映對油質要求較高，投入運行的一年多的時間裏，曾多次卡阻，比例伺服閥已換過兩隻。

豐滿和葛州壩電站，是使用過電液伺服閥和步進電機轉換器的電站，他們明顯感覺到步進電機轉換器故障少，調速器運行也穩定。

（2）漫灣、二灘、公伯峽、岩灘等電站反映自製的電路板，（包括功放板，顯示板，仿造進口板件）易損壞，抗幹擾能力差，漫灣電站反映，SJ—700型調速器自製板多，與田壩電站（漫灣電站管理）采用工業控製機的調速器相比，前者電氣故障明顯多。

（3）部分產品抗幹擾能力差，漫灣電站反映，同樣類型的調速器，有某一台不明原因的抽動，溜負荷常出現，更換新的調速器後（升級產品）情況好轉。

（4）或過分宣傳或盲目回應標書要求，勉強設置一些機構，由於設計不成熟，導致某大型調速器機械手動操作機構不好用而廢棄該功能。雖然是個別案例。但類似情況較多，調查中，有電站反映 ，技術改造過程中，用戶提出什麼要求都應允，結果形成是前後產品不一致。資料也難以統一。

（5）李家峽、隔河岩、小浪底等大型電站反映，手動機構主要是在調速器的調整試驗時使用，投入運行是很少手動。隔河岩的電氣閉環手動操作機構從來都沒有用過。

（6）個別電站反映，由於微機調速器調節參數設置不合理，一次調頻動作過慢，達不到電網提出的要求。

吳應文執筆

4、大型水電控製設備研發單位廠內試驗

專家組一行盡可能按照有產品出廠試驗時到相關研製單位參加試驗調試工作，本執行單位順序基本上按照開展工作時間排序。試驗工作不是產品檢測，更不是評比甚至允許試驗出現問題並解決（這恰是產品出廠試驗的目的），專家組的工作重點是了解試驗能力、產品綜合新技術水平等情況。

4.1各單位對廠內測試均較重視

各研發單位近期在廠內建起相當規模的實驗室，有的實驗室可同時進行3台控製設備出廠試驗，配有6.3Mpa油壓裝置，從裝備上看有的實驗室內油壓裝置偏小，接力器容積偏小。總的看在重視電磁抗幹擾試驗方麵均有共識。四家製造廠已經購置了相關設備，沒有購置的單位均明確表示近期購買，僅有東方廠、能達公司、哈爾濱廠在專家組在廠的情況下完成電磁兼容試驗，試驗效果滿意，也很方便。

4.2所有測試產品均為成熟成果

測試證明決大部分廠家排除自行研發印刷電路板的技術路線，采用高可靠性PLC、PCC、IPC平台，自主研發軟件，進口的比例閥或步進電機，伺服電機及傳感器（電感、電位計式）。除東方和哈爾濱廠外，油壓罐、回油箱和主配壓閥在重點專業廠外協加工，工藝措施較好。

4.3 Ix,Tg均可滿足國標要求

在測試中各家的調速器在國家標準中有考核指標的Ix及Tg均可滿足要求，一般說來，Tg=0.15-0.19秒。調速氣在設計上基本采用當油開關跳開（甩負荷時）電氣開度限製機構自動關閉至空載的（附加強製）功能，而防礙Tg的測試精度。

4.4智能測試係統得到廣泛的應用

各研製單位均配有水電控製設備測試係統，試驗報告可自動生成。數據處理等方麵大大提高 了工作效率，這項技術的推廣是十分可喜的。問題如下：

（1）測試軟件版本過低，采用理想水輪機數字模型也不能進行轉漿式水輪機調速器測試，應予更新。

（2）個別數據處理方法應透明，以利校核。

（3）個別測試電路需改進，有的10HZ左右還不能正常工作（低頻信號發生及記錄）

4.5哈爾濱電機廠三峽右岸電廠調速器技術特點及測試

專家組多次應邀赴哈爾濱電機廠列席設計聯絡會議及三台調速器的出廠試驗測試。該調速器是繼三峽左岸電站之後將於2007年投運的大型骨幹電站水電控製設備。受到業主方及業界高度重視。係統軟件及應用軟件，電氣（散體）部分、主配壓閥、油泵、比例閥及其它自動化原件由國外進口，由哈爾濱廠結構總集成。

4.5.1三峽右岸調速係統主要特點

1．調速器電氣櫃

調速器電氣櫃配備美國GE公司生產的MicroNet^TMTMR三冗餘水輪機調節器，包含三冗餘CPU和雙冗餘的I/O通道，構成雙通道冗餘結構，允許在單個CPU模塊故障或移除時或單組I/O模塊故障或移除時，調速器均能正常工作。在油 上使用係統的主要特點如下：

（1）冗餘的微處理器（三個CPU係統並行執行）

（2）所有的內部運算值由三個CPU表決，所有的I/O點由三個CPU表決

（3）在線拔插任何模件無影響，當內部故障發生時接力器無變化

（4）診斷當前I/O通道的所有輸入和輸出,每個通道均有在線自診斷

（5）內部看門狗計時器監控執行程序和硬件，連續的CPU和母線診斷（每隔5微秒校核一次）

（6）確定的（實時）操作係統不受程序變化影響，保證係統響應執行不受CPU負載影響，控製故障引起"I/O閉鎖"，所有I/O到失效保護輸出5毫秒響應。

2．調速器機械液壓係統

調速器機械液壓係統采用成熟技術，電液轉換元件雙冗餘配置，采用由德國BOSCH公司生產的電液比例伺服閥，該閥采用集成塊式聯接，電氣驅動與液壓部分集為一體，與調速器的電氣聯接為標準的4～20mA信號。主配壓閥采用GE公司的FC20000閥，主閥直徑φ250mm。特點如下：

（1）用於一級放大的主閥活塞位置電氣反饋直接進入比例閥的集成放大單元，無需外加電源。

（2）電液轉換部件使用高性能高質量的標準的進口電液比例伺服閥，自身配有獨立而集成的放大單元，並具有自身的失電和斷線保護，還可以根據用戶的要求進行雙冗餘配置，以適應於電氣冗餘或主備用控製的需要。

（3）在線可切換的雙精細過濾器， 並配有堵塞的機械指示和電氣電氣輸出觸點 。

（4）單獨而方便的開啟和關閉時間的調整。在閥的兩端設有專門的時間調整機構，無級連續單獨可調，固定方便可靠。

（5）主閥活塞分段設計、加工和裝配，避免了由於不同心而可能出現的發卡現象。

3．油壓裝置

油壓裝置上配備了2～3台工作泵，1台增壓泵，增壓泵連續運行，工作泵斷續運行。並配備必要的油過濾、油冷卻等係統。

在三峽機組上選用了德國Allweiler公司SMH型油泵，主要技術特點如下：

（1）水力性能。該泵螺杆副采用Allweiler公司獨特的型線技術，具有油膜穩定、壓力脈動小、效率高、汽蝕性能好的技術特點。選型時充分考慮了泵的汽蝕性能和吸入條件，因此，對粘度變化具有良好的適應性。對於ISO46或類似油品，油溫在0~60℃範圍內，泵均可直接啟動、安全運行，不需加熱。

（2）結構形式。泵和電機采用分離式設計，通過彈性聯軸器、底座實現連接。可更好保證泵與管線的準確定位，增加泵的剛性和緊固效果。泵體與泵的轉動組件也采用分體式設計。達到泵的使用壽命之後，隻需更換轉動組件，有效降低了泵的使用成本；更換泵轉動組件時，不需拆卸泵體，有效降低了泵維修時的裝配要求和難度。

（3）材料選擇，針對水輪機調速器液壓泵的運行特點，選用的SMH泵采用專用材料W0。泵的強度高，對介質粘度變化的適應性強；泵連續、穩定運行壓力可達9MPa，材料強度試驗壓力達13.5MPa。

4．油壓裝置控製係統

油泵啟動采用了軟啟動器，實現小電流低衝擊啟動，保護油泵電機液壓係統。控製采用了雙冗餘的PLC配置，提高了係統的可靠性及故障分析診斷功能，方便了運行維護人員的操作和故障維修

5．機械液壓過速保護裝置

機械液壓過速保護裝置采用瑞典圖拉博(TURAB)公司的產品。其主要特點如下：

（1）克服擺度對精度的影響。由於擺度無法克服和預測，擺度對精度的影響也無法克服和預測，對安裝間距太小（比如2毫米或更小）的設備，擺度對精度的影響相當大。圖拉博通過改善設備結構和部件性能，采用大安裝間距（過速擺與液壓閥間的安裝間距均大於3.0毫米）彈簧及其預緊力的優化選擇，使得擺度對動作精度的影響將到可以忽略的程度；

（2）不需要現場調試。由於過速保護器動作值一般設定在150%左右，因此，如果在現場進行調試，就要求必須使得水輪機組過速到該值附近。由於現場調試一般都需要多次完成，對整個電站和機組將來的安全運行構成較大的隱患，同時過速調試也讓最終業主承受較大的風險。

（3）長期使用，尤其是每次機組大修後，過速保護器應直接按照說明書重新安裝後即可投入使用，不需要重新調試。精度和可靠性高。

6．過速限製器

（1）采用獨特的插裝閥芯定位結構，對於標準液壓件中的插裝閥，隻能在全開或全關位置時使用，即運行於大流量工況。該事故配壓閥在標準插壓閥芯外周增加了一個環型腔，當插裝閥開啟時，此環型腔自動接通壓力油，迫使閥芯隻能定位於全開位置。當插裝閥關閉時，此環型腔自動接通排油。因而杜絕了閥芯部分開啟時引起的不穩定工況。

（2）采用錐麵密封。本事故配壓閥的密封方式采用插裝閥的錐麵密封。

7.其它

三峽右岸電站水輪發電機組由三家主機廠供貨而控製設備由哈爾濱電機廠控製設備事業部配套，壓油罐為統一規格，三家接力器工作容積不等，配套措施如表：

襯套控製油孔位置與閥盤對應。另外每處還開有一隻"I"形孔，"I"高25.2，寬22.2，遮程0.1毫米，采用這樣的專門措施可能會對係統靜特性、動特性有好處。兩隻進油方孔120mm*150mm。

綜上所述，三峽右岸電廠從美國GE公司引進的控製係統技術上是先進的，配置合理，有可借鑒的特點。關鍵是消化吸收，不斷總結。GE公司的起動方式特點值得注意：

1）采用恰是最優規律的轉速上升後用曲線擬合法，轉速自動調節過程短而平穩是它的優點；

2）種方法在不同機組上實施時差異性特別是導水機構、控製環接力器這一組傳動係統中會有快速高頻的擺動，從運行角度看是否有益有待現場調試時觀察；

3）種機組啟動方式及水頭影響的敏感性也有待比較。

4.5.2測試工作

哈爾濱廠在調速器常規檢查試驗方麵較詳盡並形成專門的技術文件，由於有監造工程師在監督，總體較認真。專家組聽取報告後選擇了關鍵試驗：

1.電磁兼容試驗，在專家組倡導和業主讚同下，在設計聯絡會上確定：由於三峽右岸電站控製設備的重要性，電磁兼容試驗納入出廠驗收試驗內容，第一台和第二台調速係統電磁兼容試驗委托第三方儀器設備自行測試，檢查測試記錄過於簡單，第三台測試受業主委托在專家組成員在場的情況下用剛剛到貨的測試設備，按照國家標準進行測試，測試結果滿足國標要求。

東方電機廠、能達公司及哈爾濱廠的試驗表明，對於大型調速係統，測試並不複雜，由於電站的重要性，業主方可以對國家標準有關條款進行必要的調整。隻要細心接線，試驗也不會對設備造成損壞。

2.兩種主配壓閥對比實驗。 液壓係統設計對純手動"不動"指標過於追求，在GE公司設備上試驗台後，純手動狀態時發現係統有漂動現象。又研製了遮程為0.4毫米的主閥塞。為積累數據進行了對比試驗，這樣整個工期拖了多月。

實際電液調節係統的電控手動功能就已經滿足電站調試及在異常情況下手動開、停機的功能。在國家標準中對純手動沒有提出要求，它隻能作為在非常異常、概率極小的情況下控製機組接力器的措施，個別製造廠商對自複中功能宣傳上有些過分。不用太多的分析，試想沒有反饋的係統肯定是不穩定的，主配壓閥的控製幾何中心是隨著接力器負載變化而變化的，在液壓係統中稱為液壓係統剛度。試驗台上主配壓閥直徑250mm，試驗接力器直徑350mm，液壓係統剛度低，本應說明接力器偏小，漂動會更強些 .

由於條件所限，遮程對死區影響不明顯，對不動時間（接力器較小）的影響較明顯，測量是加大示波比例尺，人工判讀的結果。表中飄移是指純手動情況下用百分表的讀數，表明在死區大時，純手動會有較好的控製。它也是可變的，確實發現在某些情況下（位置沒調好）漂移量也在毫米級。好在沒有考核指標，僅是積累數據記錄在案，業界供參考。

3、係統滲油量試驗

GE公司在大型控製設備是上選用如此小的遮程來提高技術指標，擔心投入運行主閥係統耗油量大，故做此試驗。

現場條件不能精密量測，僅做相對比較試驗。首先記錄在同樣時間內，調速器處自動狀態，精確保持頻率信號下的耗油量及主閥移到偏移中間位置接力器在極端位置（全開和全關）記錄耗油量，分別是試驗報告附件。經過上述試驗，滿足國家標準要求。

4.6其它廠家測試點評

4.6.1關於宜昌能達公司成果測試

專家組結合能達公司岩灘水電控製設備改造及三峽總公司科技項目驗收，在岩灘水電廠現場及試驗室樣機進行了詳細測試，這二次試驗準備較充分，數據也比較齊全，選作為本報告附件列後。

能達公司力推伺服電機及比例閥不對稱冗餘方式既解決了冗餘問題，又便於純機械手動的布置，將步進電機係統用於30萬KW機組，在高可靠性的前提下，又保證動態特性滿足國家標準要求，有技術特色。

試驗樣機主配壓線直徑250毫米，是國內首先研製，在其殼體上布有多個壓力傳感器，為今後對配壓閥的試驗研究提供了基本條件，希望主管部門給予進一步支持。完成閥體自身特性試驗研究工作，對行業將有指導意義。

4.6.2長委長控所產品測試

測試工作結合長州電廠貫流機組雙調速器出廠試驗進行。首次進行了大型主配壓閥遮程對調速器死區和不動時間進行了比較性試驗，取得了有益的結果。

4.6.3武漢實達公司產品特點

該公司承擔了二灘電廠水輪機調速器電氣部分的改造，該產品特點是采用的雙機交叉冗餘，以往采用雙道冗餘技術。在不增加額外硬件的條件下，用通信和軟件構成交叉冗餘係統，提高了可靠性。

將電氣部分分成測頻、開關量輸入，開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出、通信六個模塊。雙通中道隻要不同名模塊故障就可組成一個新係統繼續運行，這是它的技術亮點。

4.6.4東方電機廠產品特點

東方電機廠利用自籌資金在車間內建造規模較大的測試段，取下挖式布置接力器較早購置了電磁兼容試驗設備，調速器電子調節器硬件平台多樣，力推IPC結構並已在多座電站投運。

4.6.5南京自動化研究院產品特性

生產試驗基地搬到南京高新技術開發區，該單位控製設備電子調節器采用自行研發以硬件，自行研發的硬件產品印刷電路板全部外協加工，正積極開展PLC、PCC應用的研發。

4.6.6武漢三聯公司產品測試

三聯公司調速器多采用比例閥，單通道伺服電機或步進電機驅動，最近中型水輪機調速器產品較多，部分產品采用串聯PLC電子

調節器T_d,b_t,T_n係數體係，方便用戶。

孔昭年執筆