微机调速器转速测控功能的开发与应用

林 峰

(广东粤电青溪发电有限责任公司，广东 梅州 514200)

微机调速器转速测控功能的开发与应用

林 峰

(广东粤电青溪发电有限责任公司，广东 梅州 514200)

介绍了调速系统转速测控信号源的选择与解决思路，并探讨了调速器转速测控功能的具体实现策略，以期对水电厂实现不同原理的独立测速控制起到一定的借鉴作用。

调速器；转速测控；应用

0 引言

运行的发电机组必须有两套不同原理的独立测速控制装置，防止由于单一测速装置不可靠引起机组过速，造成主设备损坏。青溪电厂的机组测速控制采用南瑞公司的SJ-22C测速装置，该装置具备机械脉冲测速及电气残压测速功能，但由于两种功能均在同套测速装置(SJ-22C)内，不符合两套独立测速控制装置的要求。若将机械脉冲及电气残压测速信号分开，分别接入两套测速装置中，也能实现测速要求，但由于前期设计原因，现场没有较好的装置安装位置。通过调研分析，在机组调速器上进行转速测控功能的开发，将信号引入监控系统，也是一种较为可行的方法，具有较高可靠性，且可减少设备投资，对水电厂实现不同原理的独立测速控制有一定借鉴意义。

1 调速系统转速测控信号源的选择与解决思路

目前，国内水轮发电机组微机调速器采用两种方式实现机组测频：一种是取发电机机端电压互感器(PT)信号实现残压测频；另一种为采用接近开关和齿盘检测机组频率，其频率信号源是通过一对电磁感应式接近开关取自安装在机组大轴上的齿盘装置，将信号接入调速系统，即可实现机械齿盘测频。这两种方式测得的频率信号同时输入调节器，调节器就能按预定的程序进行实时控制。

1.1 电气残压测频

该方式通过对机组PT采样再经过PLC运算来实现，具有较高的测量精度(已达到0.2级)及可靠性，也是目前调速系统运用较为普遍的一种测频方式，可满足调速器的测频要求。

1.2 机械齿盘测频

齿盘速度信号不受发电机残压限制，也不受非周期杂波干扰，比PT信号具有更高的可靠性。另外，齿盘测速装置还具有可靠的零转速(蠕动)检测功能。

目前，数字式齿盘测频方式在测频精度要求不高的场合中已得到大量应用，由齿盘、传感器、控制电缆等组成测速回路(图1)。但其在国内水轮机组微机调速器领域还较少采用，原因是调速器对频率测量的精度要求高，而数字式齿盘测频方式会受齿盘因加工工艺造成的齿距不均匀、传感器灵敏性偏差以及机组主轴摆动带来的齿盘中心相对测速探头发生偏移等问题干扰，影响测频精度。

图1 齿盘测速原理

解决方法如下：(1) 提高齿盘的工艺水平，控制好其圆度及齿距；(2) 主轴振动使齿盘中心相对测速探头发生偏移，这种相对运动会产生低频振荡，这就要求在安装齿盘和测速探头时使齿盘中心与机组轴线在同一轴上，即同心度越小越好，消除主轴摆动对脉冲信号接收的影响；(3) 使用专用屏蔽电缆，并尽可能减小偏差以提高精度；(4) 使用低通波滤器消除齿盘测速干扰信号。

2 调速器转速测控功能的具体实现

青溪电厂使用的水轮机调速器为武汉三联水电控制设备公司W(S)T系列可编程(PLC)调速器，经与调速器厂家沟通，通过外部信号的引入及内部编程控制策略的设置，可实现电气、机械测频功能，将输出测点稳定、可靠地接入计算机监控系统，机组转速小于95%Ne阶段取用机械速度信号，机组转速大于95%Ne后取用机端PT速度信号，与另一套测速装置(SJ-22C)组合使用，实现两套完全不同原理及控制策略的测频方式，保证机组的安全运行。

2.1 硬件配置

信号冗余、电源冗余设计，多路信号同时输入和交/直流电源同时供电，具有较高可靠性。如果在老调速器系统上实施，由于原调速器的PLC控制输出备用点较少，增加一块PLC输出模块及配套的一块通讯模块及通讯电缆，根据需要增加相应数量的控制继电器即可。如进行新设备改造，可提出控制要求，由厂家完成出厂配置。传感器的类型可灵活选择，频率分辨率可达到0.01 Hz。通常情况下，选择采集两路齿盘传感器信号和一路发电机PT信号。

2.2 软件配置

(1) 在调速器原程序上增加测速控制输出程序。该部分包含频率测量公用子程序、网频故障监视器、机频空载监视器、机频停机备用监视器等程序，由厂家编写、固化于控制流程中。

(2) 在调速器触摸屏面板上增加测速控制输出功能的设置画面，动态数据显示和全数字键盘用于人机交互界面，操作简便，容易使用。通过图形菜单(操作按钮)现场设定继电器输出、动作点及报警方式。

(3) 传感器断线闭锁，故障报警。监控仪采用机械转速优先的法则，正常状态显示机械转速。当探头发生故障无法正常传输信号时，监控仪将自动转为电气转速，同时发出告警信号。当传感器发生故障时，系统可自动否决故障通道。采用这种机制可有效抑制突发性干扰，并剔除故障信号，大大提高监控仪的容错能力，从而提高系统的可靠性。

(4) 机组在蠕动情况下仍能正常检测并给出信号。

(5) 在计算机监控系统上编写控制逻辑流程，按需选择测点进行组合控制。

2.3 输出测点设置及输出策略

机组转速测点的选用应符合水轮机的控制需要，作为机组启、停流程判断的输入条件，达到安全控制的目的(表1)。

表1 转速测点定义表

注：F模式表示电气残压测速，P模式表示机械脉冲测速。

2.4 继电器输出策略

(1) 全部输出接点选用常开接点，满足条件时，动作输出。(2) 当调速器掉电时全部接点不输出。(3) 当调速器上电时，全部接点延时5 s后，根据判断条件，输出相应接点。(4) 调速器触摸屏频率测控页面设置软复位按钮，复位5 s后，根据判断条件，输出相应接点。(5) 由50 Hz突然失频时，各继电器应保持失频前的状态。

2.5 测频回路流程图

在调速器中根据检测到的频率信号编写控制流程，实现转速精准输出，如图2所示。

2.6 两套测频控制系统的输出应用

将SJ-22C测速装置与调速器测速装置所有测点引入计算机监控系统，根据控制策略，在监控系统编写控制逻辑流程，从而实现双测频控制系统的应用。

3 结语

在机组微机调速器上开发电气残压与机械齿盘双重测速功能，并与常规测速装置(SJ-22C)同时将信号引入计算机监控系统，满足了电厂机组应有两套不同原理的转速测控系统的要求，实现双测速方式，适用于大中型水电机组的控制，为水电厂安全稳定运行提供了可靠的转速依据，避免了由于设备不可靠引起的机组飞逸的情况发生，提高了电站运行的安全性、经济性、可靠性。

图2 测频回路流程图

[1]叶建和.基于PLC的水轮发电机组转速测量的研究[J].水电厂自动化，2004(1)

[2]蔡维由.中小型水轮机调速器的原理调试与故障分析处理[M].中国电力出版社，2006

2014-06-20

林峰(1976—)，男，广东澄海人，电气工程师，从事水电厂生产技术管理工作。