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山口小型水电站调速器的优化改造

文档作者：王强王婉文档来源：浙江省江山市碗窑电站		点击数：	更新时间： 2025年12月28日
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2010年第2期
20lONumber 2
水电与新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
总第88期
TotaJ No．88
文章编号：1671—3354(2010)01—0042—03
山口小型水电站调速器的优化改造
王强．王婉
(浙江省江山市碗窑电站，浙江江山324100)
摘要：黑龙江省山n小型水电站调速系统在运行中出现电液伺服堵塞、低负荷波动、轮叶操作油管振动、不具备一次调
频功能、人机界面受损严重等问题，对调速器的控制回路和机械液压系统进行了改造。改造后调速器操作方便、运行稳
定、可靠性提高。
关键词：调速器；控制回路；液压系统；比例阀
中图分类号：TK730．41 文献标志码：B
Renovation of small governor of Shankou Hydropower Plant
WANG Qiang，WANG Wan
(Zhejiang Jiangshan Wanyao Power Plant，Jiangshan 324100，China)
Abstract：Some troubles of the small governor of Shankou Hydropower Plant(10cated at Heilongjiang Province)OCcurred
in operation，such as electro—hydraulic servolTlator block—up，fluctuation under low load operation，runner blade
oil—pipe vibration，loss of frequency control function，man—machine interface injured seriously etc．，SO the control circuit
and the mechanical—hydraulic system of the governor are reformed，the details are described．
Key words：governor；control circuit；hydraulic system；propotional valve
1 问题的提出
‘黑龙江省山口水电站装机2 x 15 MW，属于小型
水电站，现行的DST一80—4．0调速器为老式调速器，
运行期间曾先后发生过电液伺服阀堵塞、低负荷波动、
轮叶操作油管振动等现象。为了保证运行的调速器获
得不间断压力油源，其压力设备的油泵须频繁启动，但
由于设计、结构及制造质量等问题，造成调速器内部管
路漏油，并且调整复杂，保护也不全面、不可靠，给运行
人员带来许多不便，也给机组运行带来很多不安全因
素。因此，很有必要进行改造。实践中发现的主要问
题：①导叶机柜电液转换器存在易发卡和漂移的固有
问题，尤其在机组运行中经常出现自动增负荷、减负荷
和不明原因的溜负荷现象，甚至导叶全关现象。②导
叶、桨叶开度传感器故障率高，影响机组调节，同时由
于进口比例阀失去控制电源时必然回复至全关位，所
以一旦电厂失去厂用电或者控制线路断线将会使机组
导叶和桨叶全关。③调速器不具备一次调频功能，在
短时故障切换时，偶尔会出现当主调速器发出切换命
令后，由于从调速器头未能接受到切换命令，导致主／
从调速器均不能进行工作。而且电动机的启动采用的
是接触器，频繁通断较大的电流，产生的火花很易烧坏
接触器。④机组时常出现大负荷波动。⑤人机界面受
损严重，很难实现人机交互。
2优化改造方案设计
针对原有调速系统所存在的问题，从控制回路和
机械液压结构方面提出了如下改造方案。
2．1控制回路改造
原有调速器工作原理如图1所示，机组甩满负荷
时，调速器调节达不到设计要求，转速上升超过140％
额定转速，过速保护动作直接作用于跳发电机出口开
关、灭磁开关和停机、关蝴蝶阀，近区几个小电站根本
不能承担大负荷的波动和系统容性无功负荷。且输电
线路经过高山和湖区，且又是多雷电区，线路故障率较
收稿日期：2010一01一13
作者简介：王强，男，助理工程师，从事水电站机电一体化运行管理工作。
42
万方数据
王强，等：山口小型水电站调速器的优化改造2010年3月
高，针对这些情况有必要对现有的控制回路进行改造。
+12V —12V
图1调速器控制原理
为了对控制回路进行改造，一方面尽量采用电子
继电器取代常规的继电器，利用双向晶闸管取代交流
接触器实现无触点通断，解决了使用交流接触器时，由
于油泵频繁启动，易烧坏的问题。另一方面调速器控
制回路改造应考虑：①调整调速器缓冲时间常数死、
暂态调差系数B。、永态调差系数B。和调节时间，缩短
关机时间，提高转速变化时调速器调节灵敏度。②机
组在额定转速运行时，永磁机的输出电压为交流220
V，厂用电中断时可利用永磁机提供给开限电机操作
电源。厂用电正常时，ZJ励磁，其常开接点闭合，由厂
用电提供调速器开限电机操作电源，ZJ常闭接点断开
永磁机电源回路；当厂用电中断时，zJ失磁，其常开接
点断开交流电源回路，zJ常闭接点闭合，调速器开限
电机由永磁机提供操作电源。③增设转速信号接点来
控制机组甩负荷时最大转速上升率口，通过发电机出
口电压信号接点1YJ、2YJ和永磁机电压信号接点3YJ
来反映机组电压及频率上升率，控制机组转速。当
lYJ、2YJ、3YJ上升到整定值时，其常开接点闭合，1ZJ
励磁，1ZJ常开接点闭合，J2励磁接通调速器开限电机
ESD反转回路，关机到空载时，开限电机行程接点
EKS3断开，机组维持空载运行。④增设主变线路侧开
关512联动接点。事故情况下主变线路侧开关512跳
闸时联动将水轮机导叶关至空载位置(如图2)。主变
线路侧开关512事故跳闸时其常闭接点5DL闭合，J2
励磁，接通调速器开限电机反转回路，关机到空载时开
限电机行程接点EKS3(<22％)断开，机组维持空载
运行。主变线路侧开关512跳闸或检修时，退出1QP
机组即可正常开机运行，5 12开关合闸后再投入l QP。
在控制过程中，开机过程：调速器开限表从零逐
渐上升并等待开机阀打开。开机阀打开后，频率表逐
渐上升，当调速器检测到转速正常且达到一定转速时，
开度表开启到8％～12％开度，使转速稳定上升，当达
a来自永磁机b
图2转速信号节点控制机组甩负荷示意图
到一定转速时，调速器会自动开到12．5％～18．75％
开度，当测频率¨1到50 Hz时，调速器进入空载状态。
在系统运行的过程中，还需要记录故障事件和相应的
操作，实时监视各输人和输出的状态，便于调速器的运
行和维护。
2．2机械液压改造
原调速器采用比例阀单独控制方式，在现场还须
经常性维护和定期检测油质，减少由于现场油质不洁
而出现卡阻的现象，这是目前调速器现场运行中存在
的难点之一。
经过经济、技术和性能比较后，采用的是比例阀+
伺服电机+纯机械手动结构，伺服控制系统由定位模
块+伺服驱动器+驱动电缆+伺服电机构成。由于原
PLC组已经没有空余的插槽，则需要对原PLC组作适
当的调整。当比例阀因故不能正常使用时，可以切换
至自复中控制回路，由伺服电机来控制机组运行，即比
例阀加自复中手动操作机构冗余方式，这样自复中控
制系统具备了电动功能，完全替代比例阀控制系统进
行日常运行控制，是真正的双套控制冗余系统。根据
存在的问题和液压部分的特点进行如下改造：①为使
结构紧凑，保留了唯一的杠杆，以保证主配压阀能够得
到足够大的开口；②人为进行几次手／自动切换操作，
冲击油路，暂时使卡涩部件松动，缓解或阻止系统自激
振荡；③将液控阀解体进行彻底清洗呤o；④取消了机
械开度限制机构，开度限制由电气开度限制完成；⑤液
压控制元件采用板式联结，手动操作采用电磁配压阀
与定中阀联合完成，并集成到一个集成块上，取消连接
管，避免渗漏油；⑥考虑到现场原因，这次改造保留了
原主配压阀，取消现有的液控阀。在简化控制油路结
构，提高系统可靠性的基础上，提供简易的备用手动控
制通道以实现较好的后备保护作用。同时，在实现自
动切换手动时，接力器保持在当前位置，系统在运行人
员的监护下可以进行手动应急操作。改造后的液压部
分原理如图3。
43
胁黜一～蚴一觚础
万方数据
水电与新能源2010年第2期
茎H粪H舞H基H垂H差
襁一鼍二=
机
组
频
塞{|H呈H||H耋H舞H蕃H囊
位移传感器
图3改造后的调速器原理图
该系统是液压随动系统，包含有伺服比例阀、辅助
接力器及主配压阀、手自动切换电磁阀、手动操作电磁
阀、液控阀、紧急停机阀等调速器操作控制所需的各种
电液元器(部)件。正常运行时，比例阀作为主用控
制，控制系统中设有监视比例阀故障回路，当比例阀故
障时，手自动切换阀自动切换控制油路至自复中回路。
在系统中采用液压集成技术[3]、流量反馈控制技术，
将所有液压控制和操作部件分别集成。主配压阀活塞
的位移通过传感器反馈到伺服比例阀，形成一路小闭
环；机械柜综合放大回路，形成一路大闭环，内无杠杆、
明管，整机结构简洁新颖，安装、调试、操作、维护方便。
当比例阀故障时，动作手自动切换阀到手动位，实现纯
机械手动控制工况转换；当交直流电源消失时，手自动
切换阁在其自身弹簧作用下可自行切换到手动位，实
现纯机械手动控制工况转换。此时调速器工作在纯手
动控制方式下，由运行人员确认后可以重新切换至自
动控制(伺服驱动)，即比例阀和自复中油路切换都是
先切换至手动控制回路，检查无异常后再切换至自动
控制回路。紧急情况下也可以直接从比例阀自动控制
切换至自复中自动控制。
3结语
改进后的调速器机械柜结构简单、运行稳定、可靠
性高、操作方便。现场测试显示，当机组技术供水水温
为26℃时，机组操作压力油油温从未超过40℃，说明
调速器改造工作满足了乐滩水电站机组操作压力油的
冷却要求，达到了防止油温过高造成设备损坏的目的。
机械液压控制部分已经合理可靠地匹配和协调，投运
后，未出现过人为干涉调速器控制的现象。
参考文献：
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[3]贾宝良，郭建业．关于高油压调速器技术的研究与应用
[J]．水力发电，2003，29(9)：13—14．
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(上接第41页)
担下游城市防洪任务。造成的直接后果是汛前汛后抗
旱无保证，汛期遇超标准大洪水，由于非常溢洪道下泄
量有限，只能按照常规泄量保守调度。水库遭遇50年
一遇洪水时，72 h洪水总量达6 545万m3，洪峰流量
达758 m3／s，若降雨历时超过72 h，由于库容的限制，
在下游防洪标准低、分蓄洪区不能分洪的情况下，后果
不堪设想。
水库上游仅有一处雨量站，短期洪水预报误差大，
造成此调度方案偏于保守，水库防洪错峰功能没有充
分发挥。上游要增设足够的雨量站，能作出短期洪水
预报，利用短期洪水预报发挥水库预泄和超蓄作用，重
复利用部分防洪库容，以便蓄水兴利。
下游蓄滞洪区丧失调蓄功能，在突遇特大洪水时，
不能适应应急调度的要求。
水库建设单一，没有长滕结瓜式的大、中、小型工
程联合运用，致使调度方案为满足单一的防汛要求，放
弃了兴利需求。
4结论
蓄水工程是一个系统工程。工程建设要兼顾防
洪、供水、发电等综合利用要求。水库库容要考虑下游
防洪及兴利要求，考虑大、中、小型工程联合运用，水库
下游要有一定的蓄滞洪区，要对蓄滞洪区的建设进行
积极的指导，以保证蓄滞洪区的调蓄功能。流域要进
行合理的站网规划，要建立水库自动测报及水库调度
综合自动化系统。
参考文献：
[1]田峰巍，黄强，解建仓．水库实施调度及风险决策[J]．水
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[3]叶秉如．水利计算及水资源规划[M]．北京：中国水利水电
出版社，1995．
浆叶系统

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