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摘 要：介绍石门水电站SWT-2000型调速器的性能特征、系统构成、安装试验及应用中出现的问题的改进与建议。
关键词：调速器;性能;安装试验;石门水电站
石门水电站位于汉江一级支流褒河下游，是石门水利枢纽的配套工程，由河床、河东、河西三处电站组成，其中河床电站在2013年改造后，装有容量为3×13MW轴流转浆式机组。调速器更新为南瑞公司的SWT-2000型调速器。
1 结构性能
SWT-2000调速器电气部分由两套PCC2003可编程控制器+第三方智能切换PLC及手动综合控制模块组成。其机械部分电液转换单元采用BOSCH伺服比例阀+高速数字阀组成双冗余控制系统。主配压阀采用南瑞CF系列插装阀，具备自复中功能。
2 调节模式和特征
2.1 控制调节模式
采用PID控制。将导叶开度反馈控制引入控制器，增加了导叶副环数字PID控制。
空载运行时，有开度闭环和转速闭环控制调节模式;并网运行时，增加了功率闭环控制调节模式。
2.2 调节控制特征
（1）采用改进型PID控制，其控制传递函数为：
改进型PID控制其动态过程较短，系统稳定性提高，系统动态调节性能提高。
（2）适应式变参数变结构调节和容错控制。
将离线参数优化改为在线参数优化。其基本流程是：
①先进行工况优化，求出最佳参数;
②工况变化时，再求最佳参数;
③做到各种工况下PID参数最优。
容错控制针对频率、功率、水位、开度测量等故障都设置相应的容错保护策略。当其一个或多个失效时，在不产生危及机组安全的问题下，允许采取降低性能的方式来继续保持对机组的有效控制。
3 系统构成
系统由电气控制调节和液压控制调节组成。
3.1 电气控制调节部分
调节器PCC模块采用冗余配置，两块调节器间采用CAN接口进行通讯，保证信息冗余和切换稳定。独立设置两套24V电源和反馈通道。通过两套采样模块采集信号并各自处理采集的信号，一套处于主控模式，一套处于热备用模式;当其中一套发生故障时，通过智能切换PLC自动投入另一套，无扰切换，并维持运行工况不变。两套PCC通过MODBUS总线与监控上位机组成人机界面系统，实现调速器智能化。
3.2 液压控制调节部分
液压控制是将PCC的输出信号按比例转换成接力器的位移，来控制水轮机的导水机构。主要有导叶和浆叶控制。导叶控制包括自动、手动、紧急停机三部分。浆叶控制包括自动、手动控制。液压控制系统由四只插装阀组成一个三位四通阀与一个伺服比例阀并联实现对接力器的控制。
（1）调速器自动控制有小、大调节两个通路。
小调节通路流程为：电气控制信号（连续电压）——伺服阀功放—伺服比例阀—接力器。
大调节通路流程为：电气开关量信号（断续脉冲）——快开（快关）阀—插装阀—接力器。
（2）紧急停机操作是由快关阀完成，其直接控制插装阀完成关方向动作。
（3）手动控制流程为：手动控制开关（切换阀——断续脉冲——手动阀——接力器）。
4 安装与试验
（1）调速器包括：电气控制柜、液压阀组、油泵及其控制柜、回油箱、蓄能器、分段关闭阀、事故配压阀、接力器锁锭电磁阀、位移传感器、液压管路。
现场安装布局时，电气柜布置在机旁，通过电气线路对回油箱上的液压阀组进行控制。回油箱原位布置，蓄能器靠近回油箱放置。电机油泵组已预装在回油箱上，分段关闭阀和事故配压阀安装在相应的管路上，并靠近接力器。锁锭电磁阀和导叶位移传感器安装在接力器坑内，桨叶位移传感器安装在受油器顶部。
（2）清洗阀组、管路、回油箱后，在回油箱注入清洁油。
（3）对液压控制装置的接线、部件、按钮、油路、表计、开入量进行检查确认。
（4）主配压阀试验（导叶）。开机时间、关机时间（含分段关闭）、紧急停机动作时间（含分段关闭）调整为设计规定值。
（5）電气柜进行接线、位移传感器安装、输入输出功能检查。
（6）机组参数、各水头下的限制参数等数据输入。
（7）模拟量定位。
（8）现场试验。进行导叶副环试验、桨叶副环试验，确定副环控制的最佳参数。
做静特性试验，转速死区为 0.0007%，符合国标要求。
静态检查及故障模拟正确无误，机组过速试验合格。
进行空载扰动试验，选择动态过程稳定的调节参数。
自动稳定性检查，在自动情况下测得三分钟频率波动的峰谷值为：+0.07Hz—0.06Hz，小于国标规定±0.15%。
自动停机开机试验观察开停机过程中导叶、桨叶、频率的变化过程、开机时间和接力器的全关时间。
甩负荷试验，蜗壳水压上升率、机组转速上升率、导叶接力器紧急关闭时间符合设计规定。
5 改进与建议
调速器改造后，在近几年的运行中，也暴露出部分问题：
5.1 水电站电磁环境复杂，该设备抗干扰能力有待提高
电气柜内的日光灯启动瞬间对柜内电气元件的工作干扰大，取掉日光灯后，该干扰消除;机旁动力柜低压断路器操作时，对蓄能器上的压力变送器影响明显，若此时油泵正在运行，出现过油泵失控停运的现象。将油泵的启停改为压力开关控制，压力变送器只负责显示信号后，油泵工作恢复正常。
5.2 液压阀组装配质量有待提高
2号机在运行中出现过导叶开度无法增加的故障，经对插装阀部分解体后，发现其锥形密封面内有长约1.5厘米的O型密封圈残段，取出后，回装，导叶调整正常。
5.3 液压油温长期偏高时，溢流阀提前泄油
在水头变化大，机组长期运行时，液压油温偏高，最高可达47℃。此时先导式溢流阀的整定值会向下偏移，油泵提前泄油，工作时间变长;长时间在这个工况下，最终油泵只会连续运行而上油量不足，机组被迫停机。溢流阀的控制压力为10MPa，更换为20MPa的同系列型号后，该状况得到缓解。
6 结语
经过多年的运行实践，改造后的调速器动态性能指标、稳定性能指标符合技术标准要求。操作简便，可靠性高，维护调试方便，并网容易，各功能满足机组的正常安全运行。
关键词：调速器;性能;安装试验;石门水电站
石门水电站位于汉江一级支流褒河下游，是石门水利枢纽的配套工程，由河床、河东、河西三处电站组成，其中河床电站在2013年改造后，装有容量为3×13MW轴流转浆式机组。调速器更新为南瑞公司的SWT-2000型调速器。
1 结构性能
SWT-2000调速器电气部分由两套PCC2003可编程控制器+第三方智能切换PLC及手动综合控制模块组成。其机械部分电液转换单元采用BOSCH伺服比例阀+高速数字阀组成双冗余控制系统。主配压阀采用南瑞CF系列插装阀，具备自复中功能。
2 调节模式和特征
2.1 控制调节模式
采用PID控制。将导叶开度反馈控制引入控制器，增加了导叶副环数字PID控制。
空载运行时，有开度闭环和转速闭环控制调节模式;并网运行时，增加了功率闭环控制调节模式。
2.2 调节控制特征
（1）采用改进型PID控制，其控制传递函数为：
改进型PID控制其动态过程较短，系统稳定性提高，系统动态调节性能提高。
（2）适应式变参数变结构调节和容错控制。
将离线参数优化改为在线参数优化。其基本流程是：
①先进行工况优化，求出最佳参数;
②工况变化时，再求最佳参数;
③做到各种工况下PID参数最优。
容错控制针对频率、功率、水位、开度测量等故障都设置相应的容错保护策略。当其一个或多个失效时，在不产生危及机组安全的问题下，允许采取降低性能的方式来继续保持对机组的有效控制。
3 系统构成
系统由电气控制调节和液压控制调节组成。
3.1 电气控制调节部分
调节器PCC模块采用冗余配置，两块调节器间采用CAN接口进行通讯，保证信息冗余和切换稳定。独立设置两套24V电源和反馈通道。通过两套采样模块采集信号并各自处理采集的信号，一套处于主控模式，一套处于热备用模式;当其中一套发生故障时，通过智能切换PLC自动投入另一套，无扰切换，并维持运行工况不变。两套PCC通过MODBUS总线与监控上位机组成人机界面系统，实现调速器智能化。
3.2 液压控制调节部分
液压控制是将PCC的输出信号按比例转换成接力器的位移，来控制水轮机的导水机构。主要有导叶和浆叶控制。导叶控制包括自动、手动、紧急停机三部分。浆叶控制包括自动、手动控制。液压控制系统由四只插装阀组成一个三位四通阀与一个伺服比例阀并联实现对接力器的控制。
（1）调速器自动控制有小、大调节两个通路。
小调节通路流程为：电气控制信号（连续电压）——伺服阀功放—伺服比例阀—接力器。
大调节通路流程为：电气开关量信号（断续脉冲）——快开（快关）阀—插装阀—接力器。
（2）紧急停机操作是由快关阀完成，其直接控制插装阀完成关方向动作。
（3）手动控制流程为：手动控制开关（切换阀——断续脉冲——手动阀——接力器）。
4 安装与试验
（1）调速器包括：电气控制柜、液压阀组、油泵及其控制柜、回油箱、蓄能器、分段关闭阀、事故配压阀、接力器锁锭电磁阀、位移传感器、液压管路。
现场安装布局时，电气柜布置在机旁，通过电气线路对回油箱上的液压阀组进行控制。回油箱原位布置，蓄能器靠近回油箱放置。电机油泵组已预装在回油箱上，分段关闭阀和事故配压阀安装在相应的管路上，并靠近接力器。锁锭电磁阀和导叶位移传感器安装在接力器坑内，桨叶位移传感器安装在受油器顶部。
（2）清洗阀组、管路、回油箱后，在回油箱注入清洁油。
（3）对液压控制装置的接线、部件、按钮、油路、表计、开入量进行检查确认。
（4）主配压阀试验（导叶）。开机时间、关机时间（含分段关闭）、紧急停机动作时间（含分段关闭）调整为设计规定值。
（5）電气柜进行接线、位移传感器安装、输入输出功能检查。
（6）机组参数、各水头下的限制参数等数据输入。
（7）模拟量定位。
（8）现场试验。进行导叶副环试验、桨叶副环试验，确定副环控制的最佳参数。
做静特性试验，转速死区为 0.0007%，符合国标要求。
静态检查及故障模拟正确无误，机组过速试验合格。
进行空载扰动试验，选择动态过程稳定的调节参数。
自动稳定性检查，在自动情况下测得三分钟频率波动的峰谷值为：+0.07Hz—0.06Hz，小于国标规定±0.15%。
自动停机开机试验观察开停机过程中导叶、桨叶、频率的变化过程、开机时间和接力器的全关时间。
甩负荷试验，蜗壳水压上升率、机组转速上升率、导叶接力器紧急关闭时间符合设计规定。
5 改进与建议
调速器改造后，在近几年的运行中，也暴露出部分问题：
5.1 水电站电磁环境复杂，该设备抗干扰能力有待提高
电气柜内的日光灯启动瞬间对柜内电气元件的工作干扰大，取掉日光灯后，该干扰消除;机旁动力柜低压断路器操作时，对蓄能器上的压力变送器影响明显，若此时油泵正在运行，出现过油泵失控停运的现象。将油泵的启停改为压力开关控制，压力变送器只负责显示信号后，油泵工作恢复正常。
5.2 液压阀组装配质量有待提高
2号机在运行中出现过导叶开度无法增加的故障，经对插装阀部分解体后，发现其锥形密封面内有长约1.5厘米的O型密封圈残段，取出后，回装，导叶调整正常。
5.3 液压油温长期偏高时，溢流阀提前泄油
在水头变化大，机组长期运行时，液压油温偏高，最高可达47℃。此时先导式溢流阀的整定值会向下偏移，油泵提前泄油，工作时间变长;长时间在这个工况下，最终油泵只会连续运行而上油量不足，机组被迫停机。溢流阀的控制压力为10MPa，更换为20MPa的同系列型号后，该状况得到缓解。
6 结语
经过多年的运行实践，改造后的调速器动态性能指标、稳定性能指标符合技术标准要求。操作简便，可靠性高，维护调试方便，并网容易，各功能满足机组的正常安全运行。