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　　响洪甸水电站是 20 世纪 50 年代新中国治理淮河兴建的水患的枢纽工程，总库容 26.32 亿 m3，为多年调节水库，位于安徽省六安市金寨县境内。电厂总装机容量 4 万 kW（4 台 1万 kW 机组），1959 年 9 月一号机组运行发电，1961 年 4 月四台机组全部发电，电站主要承担发电，调峰，调相任务。

　　电厂原 4 台机调速系统设备是由电站和河海大学联合研制生产的模拟式调速器，已运行多年，元件不断老化，维护困难。且随着电子技术不断进步，以及电网质量的不断提高，原模拟式调速器已无法满足电网对高品质电能的需求。为保证机组安全稳定运行，电站决定利用扩容增效工程机会，对电厂4台机组调速系统提出了改造的需求和方案。

　　通过对多个厂家设备和方案的对比，最终选定采用东方电机控制设备有限公司的 HGS-E 型电气柜和 HGS-H21 型液压系统对 4 台调速器及油压设备进行升级改造，该方案有以下特点及优点能更好的适应响洪甸电厂的需求。

图 1 调速系统结构

　　2、调速系统结构及其特点

　　调速系统电气控制部分采用奥地利 B&R PCC 控制器为核心，运算速度较高，能够满足调速系统水轮机控制需求，且在电厂有一定运行业绩，能保证调速系统稳定可靠运行；机械部分采用 Bosch 伺服比例阀为电液转换元件，其控制精度高，动态响应好，从而保证了调速器优良的调节品质。

　　2.1、调速器电气系统

　　调速器电气柜核心控制器采用奥地利 B&R PCC2003，东方电机利用控制器系统平台自主开发调速器控制程序和外围辅助电路及自动控制回路，电气柜设置了 18cm（7 寸）触摸屏作为人机界面，外围设置两路厂用交直流双电源供电系统、一套测频模块、一套功率变送器、模拟量隔离模块等，HGS-E 型调速器电气柜经过第三方电磁兼容认证。

　　PCC 控制器基于分时多任务实时操作系统，平均无故障时间超过 50 万 h，系统采用全模块化设计，选件灵活，接线简单，导轨安装，扩展方便，支持热插拔。控制器装备了一个时间处理器（TPU）从而可以在微秒的时间范围内进行高速信号处理，为高品质的调节性能打下了基础。

　　人机界面外观友好，内容涵盖运行状态参数显示，参数设置，输入输出状态监测、故障诊断，故障记录等丰富的信息，方便运行，调试和维护。智能测频模块含 2 路 PT 残压测频，一路齿盘测频和一路网频输入，测频模块时钟频率 3.0MHz，额定转速下，测频分辨率 0.00083MHz，通过 RS232 与 PCC 通信，数据交换时间 <2ms。开关量输入全部采用干接点，输出全部经过继电器，在模拟量输入、输出与控制器之间也设置了光电转换模块，完全实现了外部电路与控制器的电气隔离，有效的实现了 24V 回路与控制器内弱电回路的电气隔离，提高了系统的可靠性。交直流双电源同时供电，互为备用，任何一路电源故障，均有相应的报警节点输出，单路电源容量仍可满足系统长期运行要求。柜内设置温湿度控制器，确保电气控制回路长期安全可靠运行。

　　2.2、系统控制策略

　　调速器控制系统采用先进成熟的变结构、变参数的自适应并联 PID 控制策略，能够实现水轮机在各种工况下的最优控制。

图 2 系统控制策略

　　调速器自动运行时具有转速控制、开度控制、功率控制、孤网模式四种常规的控制模式，不同的工况采用不同的控制模式，选用不同的 PID 参数，真正实现水轮机的最优控制。同时采取了非最小相位补偿和积分钳位等措施，增加了系统小波动控制的稳定性，提高了调速系统在孤网工况下运行的稳定性。

　　2.3、液压伺服系统

　　HGS-H21 型液压伺服系统采用的是东方电机自主研制的 DN80 主配压阀，德国 Bosch 伺服比例阀作为电液转换器，并设置有紧急停机保护回路。

　　2.3.1、主配压阀

　　调速器主配压阀是液压伺服系统的最关键组件，经电液转换器输出的控制油通过主配压阀的放大直接控制导叶接力器，主配压阀的品质直接影响调速系统的快速性，稳定性和准确性。主配压阀活塞和衬套在调节过程中不断地发生着相互运动，为确保调速系统的长期稳定运行，还要求主阀活塞和衬套具有优良的耐磨性能。东方电机 DN80 主配为立式结构，包含主阀活塞，主阀衬套，主阀壳体，开关机时间调整机构，主阀不动节点，主阀位移反馈等功能。其特点如下：

　　立式结构的主配压阀消除了重力作用在周向产性的不平衡作用力，大大减小了主阀的偏心磨损。主阀活塞采用优质碳素结构钢锻件作为坯料，经调质，高频淬火，已取得良好的硬度和耐磨性能。主阀衬套采用高合金钢锻件作为坯料，经调质，氮化，以取得极高的硬度和优良的耐磨性能。衬套窗口根据项目实际情况特殊定制，以适应不同机组的不同控制流量需求，取得优良的调节性能。主配压阀顶部设置开关机时间调整机构，且设置了开关机时间锁紧机构，便于现场根据调保计算结果对开关机时间进行精确整定并锁紧。主配压阀设置位移传感器，实现主配压阀位置闭环伺服控制，选用的主阀位移传感器自带中位调整及微调，方便主配压阀中位调整。

　　2.3.2、液压控制回路

　　液压控制回路是有伺服比例阀、停机保护回路和控制油过滤器构成的，伺服比例阀是调速器液压伺服系统的电液转换器，对其可靠性和调节性能都有很高的要求。HGS-H21 具有如下特点：

　　电液转换器 BOSCH 伺服比例阀动态响应好，阶跃信号调节时间 <15ms；控制精度高，重复精度 0.1%~0.2%；抗油污，抗干扰能力强，采用强电流信号控制，功率大，配套独立的功率放大版布置在调速器电气柜，可靠性高；精确制造的阀芯和发套，轴向配合精度达到 0.002mm，使其具有平直的流量增益特性，以及陡峭的压力增益特性；伺服比例阀采用高频脉宽调质驱动，内部设置电流和位置两个闭环回路，控制精度高。

　　停机保护回路，由一只两位四通单电磁铁停机电磁阀，一只液控换向阀和一只停机状态反馈压力继电器构成。采用单电磁铁电磁阀作为停机控制，是的调速系统具备了掉电停机功能，可有效的实现对机组的保护，降低了系统复杂程度，便于维护和降低成本，适合停机对电网影响较小的中小型机组。

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