一种水轮机调速器失控信号诊断及控制方法
【专利摘要】一种水轮机调速器失控信号诊断及控制方法，所述诊断方法主要是基于水轮机调速器测量元件采集的电气反馈信号，当调速器收到命令要开启或关闭导叶时，它的控制输出，即导叶需要到达的目标值和实际导叶开度会存在差值，此差值大于设定的死区值；正常情况下调速器的主配压阀会受PLC的PID运算控制朝目标方向打开一定的开口，控制导叶朝目标方向移动；然后通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否达到调保计算开关机时间的要求，若在一定延时时间内所读取的导叶开度变化值未达到朝目标方向的变化速率，则判断为调速器失控，保护发电机组安全。
【专利说明】一种水轮机调速器失控信号诊断及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种水轮机调速器系统失控信号诊断及控制方法，它主要用于水轮机调速器的液压控制系统，也可以广泛应用于其它相关自动化领域的控制流程。
【背景技术】
[0002]目前调速器失控信号均采用主配压阀发卡接点表示，此信号引自主配压阀安装底座上安装的一只位置接点开关。当调速器主配压阀朝关方向移动时接点开关闭合；当主配压阀回中或朝开方向移动时接点开关断开，将此节点结合上送给监控系统并结合转速超过115%信号将引致紧急停机，保护机组。但在实际运行中存在以下问题:
[0003](I)主配压阀发卡接点不能确切的体现调速器失控状态，只能表现主配压阀未向关方向动作；现代调速器都是通过PLC进行PID调节，扫描周期达到毫秒级，举例当转速上升到顶点开始下降时，此时频率虽然还是超过额定频率，但频率是快速下降的，经过PID运算，导叶可能需要打开，这时此节点就会动作，引起紧急停机误动作；
[0004](2)主配压阀发卡节点不能体现调速器控制导叶的动作速率，若主配压阀能动作，但是动作不灵活，原主配压阀发卡接点则不会报警，此时主配压阀动作不到位将导致油口不能完全打开，会使导叶动作速率变慢，此时导叶关闭时间大大超过调保计算时间，将会引致严重事故；
[0005](3)原行程开关接点容易因抖动误发信号或因接点老化而拒动，可靠性不高；
[0006](4)由于接点与阀体的结构、位置配合问题，极难调整合适；
[0007](5)原方式下无法通过模拟调速器失控状态进行相关测试及试验。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于PLC的电气反馈及控制信号，且信号采集直观、可靠，精确度高，调控方便有效的水轮机调速器失控信号诊断及控制方法。
[0009]本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，所述的一种水轮机调速器失控信号诊断方法，该方法主要是基于水轮机调速器测量元件采集的电气反馈信号，当调速器收到命令要开启或关闭导叶时，它的控制输出，即导叶需要到达的目标值和实际导叶开度会存在差值，此差值大于设定的死区值；正常情况下调速器的主配压阀会受PLC的PID运算控制朝目标方向打开一定的开口，控制导叶朝目标方向移动；然后通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否达到调保计算开关机时间的要求，若在一定延时时间内所读取的导叶开度变化值未达到朝目标方向的变化速率，则判断为调速器失控。
[0010]所述的延时时间是由调保时间确定的；所述的PLC的PID运算控制基于如下公式:
[0011]导叶移动速率与主配压阀打开角度之间的关系表达式如公式1:[0012](Ay) = (A/ AY)* (t/Y)(公式 I)，
[0013]其中:
[0014]Ay:主配压阀开或关方向打开角度，
[0015]Y:接力器全行程，t:调保计算的接
[0016]力器全关或开时间，A:速率，
[0017]将公式I变换得到A与主配压阀位移的表达式如下:
[0018]A=( A y)*( A Y)*(Y/t);另有:水轮机调速器主配
[0019]压阀的动作速率表达式如公式2:
[0020]K*( A Y)-k*( A y)=U (公式 2)，
[0021]其中K:导叶开或关方向放大倍数，
[0022]A Y:接力器控制偏差，即接力器与目标值之间的距离，
[0023]k:主配压阀放大系数，
[0024]Ay:主配压阀开或关方向打开角度，
[0025]U:主配移动速率，
[0026]综合公式2，又可得到A与导叶控制偏差的表达式:
[0027]A= ( A Y) 2*K/k* (Y/t)。
[0028]根据现场提供的调保计算开关机时间t及做调速器性能试验所得的导叶放大系数K，主配放大系数k，即可根据上式得到A，通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否等于A ;若小于A，则表明调速器自动控制出现问题；延时500毫秒，向监控系统报警。
[0029]一种利用如上所述水轮机调速器失控信号进行的控制方法，该方法是:发电机组断路器在分位置，水轮机导叶开度在空载以上位置；水轮机调速器失控引起机组转速过速115%时，发电机组的监控系统收到失控信号，将延时1.5秒投入事故配压阀，发电机组紧急停机。本发明是基于调速器测量元件采集信号通过安装有软件程序的PLC判断调速器失控状态，输出故障信号并上送监控系统；该信号直观、可靠，它由PLC程序精确计算，避免硬件接点故障及老化误差，有效保护机组安全，而且日常检修及试验工作中便于测试、调整。
[0030]本发明具有的有益效果是:
[0031]I) PLC程序精确计算，具有智能性，避免硬件接点故障及老化误差；
[0032]2)可作为用于可能引起调速器失控的故障判据:涵盖调速系统中控制执行机构故障、导叶故障、主配故障、电气控制输出信号故障等可能引起接力器未按设定速度动作的故障；
[0033]3 )测试、试验方法直观、有效；
[0034]4)日常检修维护、验证方便。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍:本发明所述的一种水轮机调速器失控信号诊断方法，该方法主要是基于水轮机调速器测量元件采集的电气反馈信号，当调速器收到命令要开启或关闭导叶时，它的控制输出，即导叶需要到达的目标值和实际导叶开度会存在差值，此差值大于设定的死区值；正常情况下调速器的主配压阀会受PLC的PID运算控制朝目标方向打开一定的开口，控制导叶朝目标方向移动；然后通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否达到调保计算开关机时间的要求，若在一定延时时间内所读取的导叶开度变化值未达到朝目标方向的变化速率，则判断为调速器失控。
[0036]本发明所述的延时时间是由调保时间确定的；所述的PLC的PID运算控制基于如下公式:
[0037]导叶移动速率与主配压阀打开角度之间的关系表达式如公式1:
[0038]( A y) = (A/ A Y) * (t/Y)(公式 I)，
[0039]其中:
[0040]Ay:主配压阀开或关方向打开角度，
[0041]Y:接力器全行程，t:调保计算的接
[0042]力器全关或开时间，A:速率，
[0043]将公式I变换得到A与主配压阀位移的表达式如下:
[0044]A=( A y)*( A Y)*(Y/t);另有:水轮机调速器主配
[0045]压阀的动作速率表达式如公式2:
[0046]K* ( A Y) _k* ( A y) =U (公式 2),
[0047]其中K:导叶开或关方向放大倍数，
[0048]A Y:接力器控制偏差，即接力器与目标值之间的距离，
[0049]k:主配压阀放大系数，
[0050]Ay:主配压阀开或关方向打开角度，
[0051]U:主配移动速率，
[0052]综合公式2，又可得到A与导叶控制偏差的表达式:
[0053]A= ( A Y) 2K/k* (Y/t)。
[0054]将上述原理编写入PLC控制程序后，根据现场提供的调保计算开关机时间t及调速器性能试验实际确定的导叶放大系数K、主配放大系数k，即可根据上式得到A，通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否等于A。若小于A，则表明调速器自动控制出现问题。延时500毫秒，向监控系统报警。
[0055]验证此信号时，只需将引出至机械执行机构的控制信号断开，或者模拟实际接力器移动速率远远大于计算出的移动速率，即可模拟失控故障。
[0056]一种利用如上所述水轮机调速器失控信号进行的控制方法，该方法是:发电机组断路器在分位置，水轮机导叶开度在空载以上位置；水轮机调速器失控引起机组转速过速115%时，发电机组的监控系统收到失控信号，将延时1.5秒投入事故配压阀，发电机组紧急停机。
【权利要求】
1.一种水轮机调速器失控信号诊断方法，该方法主要是基于水轮机调速器测量元件采集的电气反馈信号，其特征在于当调速器收到命令要开启或关闭导叶时，它的控制输出，即导叶需要到达的目标值和实际导叶开度会存在差值，此差值大于设定的死区值；正常情况下调速器的主配压阀会受PLC的PID运算控制朝目标方向打开一定的开口，控制导叶朝目标方向移动；然后通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否达到调保计算开关机时间的要求，若在一定延时时间内所读取的导叶开度变化值未达到朝目标方向的变化速率，则判断为调速器失控。
2.根据权利要求1所述的水轮机调速器失控信号诊断方法，其特征在于所述的延时时间是由调保时间确定的；所述的PLC的PID运算控制基于如下公式: 导叶移动速率与主配压阀打开角度之间的关系表达式如公式1:
3.根据权利要求2所述的水轮机调速器失控信号诊断方法，其特征在于根据现场提供的调保计算开关机时间t及做调速器性能试验所得的导叶放大系数K，主配放大系数k，即可根据上式得到A，通过PLC程序周期扫描读取导叶开度是否朝目标移动，并且判断移动速率是否等于A ;若小于A，则表明调速器自动控制出现问题；延时500毫秒，向监控系统报
4.一种利用如权利要求1或2或3所述水轮机调速器失控信号进行的控制方法，该方法是:发电机组断路器在分位置，水轮机导叶开度在空载以上位置，其特征在于水轮机调速器失控引起机组转速过速115%时，发电机组的监控系统收到失控信号，将延时1.5秒投入事故配压阀，发电机组紧急停机。
【文档编号】F03B15/00GK103452746SQ201310329053
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】俞鸿飞, 刘安平, 段文华, 束炳芳, 劳鹏飞, 王霄, 尤玢 申请人:国家电网公司, 浙江省电力公司紧水滩水力发电厂