一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法与流程

本发明涉及抽水蓄能机组控制领域，更具体地，涉及一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法。

背景技术：

抽水蓄能机组在电网中起着调频调相、削峰填谷、事故备用，稳定电力系统电压、周波，和保证火电核电机组运行效率的重要作用，在现代精细化管理的电网中，要想提高电网经济性和稳定性，其作用显得越来越重要。调速系统是实现抽水蓄能机组运行控制的核心系统之一，而其中的导叶位置控制回路是调速器的直接输出回路，一旦出现故障将造成机组启动或停机失败、跳机等严重后果。为提高调速系统性能，保证蓄能机组“开得起调的出停的下”，目前许多调速器系统在导叶控制回路中多采用串级控制方式，即在主控制环——导叶位置控制环——中增加副环：配压阀位置控制环，由此一来，配压阀位置的检测和控制就对调速器性能乃至蓄能机组性能起到了决定作用。但目前调速器生产厂家和蓄能电厂生产使用此类控制系统时主要存在以下缺陷和不足。

1）厂家在为电厂设计调速器系统配压阀检测方式时，没有一套统一的方法，往往根据工程师经验设计成和已投运机组相似的模式，但由于经验往往存在缺失、方法没有形成，这样很容易在设计和运行初期发生各种各样的问题，例如检测方式不满足现场安装要求、传感器工作于非线性区域等。

2）在导叶控制回路中，除了要进行传感器的标定，还需要特别注意两个零点，一个是电液转换器的电气零点，一个是主配压阀的控制零点，由于这两个零点并不是物理检测的零点或中点，而是保持导叶不开不关时的“平衡位置”，故在导叶控制回路安装完成后，需对这两个零点进行补偿、设置补偿参数，由于导叶控制回路复杂，需要专业人员进行长时间调试方可求取，在此过程中厂家人员往往会收取高昂的调试或咨询费用。

3）在检修或故障处理时，如果机械设备本体、联动机构或传感器稍有移动，或者出现需要更换备品的情况，就会造成导叶控制回路发生变化，其回路参数很可能发生不匹配的情况，所以涉及调速器液压系统的检修后，必须重新进行调速器传感器的标定、参数的调整及导叶静态试验，以确保调速器性能正常，在此时如果依赖厂家，则会受制于人，不仅要支出调试费用，还可能造成机组停运时间延长，对抽水蓄能机组的考核指标造成不利影响。

4）多数厂家的调速器程序仍然不开放源代码，运维人员无法深入理解调速器中的导叶控制程序，而厂家面对不同的机组特性也不热衷于 将调试方法形成理论告知电厂运维人员，故没有形成这样一整套的调试方法。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法，保证了调速器控制系统尤其是导叶控制闭环稳定在合理范围内，并预留一定的裕度，方便后期维护及调试。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法，包括以下步骤：

S1：根据抽水蓄能机组的机械设备结构设计导叶控制框图，采用电液转换器和配压阀两级放大的方式通过油压驱使导叶接力器动作；故在导叶控制回路中一般设计成串级方式；

S2：确定导叶接力器及主配压阀行程检测方式；

S3：制作并安装联动机构及传感器，所述传感器用于检测主配压阀和导叶的行程，所述联动机构用于将主配压阀和导叶的行程转化为传感器的测量行程；

S4：进行导叶和主配压阀的传感器标定；

S5：求取电液转换器零位和主配压阀中位的补偿参数；

S6：进行导叶静态反应试验，观察导叶动作情况，微调补偿参数，使导叶控制偏差达到最小；

S7：进行控制参数整定。

在一种优选的方案中，步骤S2中，主配压阀行程检测采用圆台形式的联动机构将配压阀动作的垂直行程变为斜向行程，行程变换公式为，其中，X为主配压阀的实际动作行程（垂直于水平面方向），θ为联动机构圆台的底角，Y为传感器检测的变换后的行程。Y需满足传感器设计要求，比如传感器的线性区域为0.8-8mm，即7.2mm的可用范围，而X为20-21mm，故θ设置为70度。

在一种优选的方案中，步骤S3中，传感器的安装要求是：安装稳固不易被干扰，距离动作机构最远时，反馈值应为18 mA -22mA；距离动作机构最近时，反馈值为3 mA -5mA，且动作机构不会打到传感器。

在一种优选的方案中，步骤S4中，进行导叶和主配压阀位置传感器标定的步骤包括：

S4.1：记录导叶和配压阀全关时传感器反馈后的初值SE_RAW_C和VA_RAW_C；

S4.2：手动给定电液转换器输出，使主配压阀和导叶开至最大，记录导叶和配压阀全开时传感器反馈后的初值SE_RAW_O和VA_RAW_O，关闭导叶；

S4.3：进行传感器标定计算，根据公式POS= GAIN * RAW + OFFSET，导叶全开时对应的POS为1，全关时对应的POS为0，将两个RAW值SE_RAW_C和SE_RAW_O带入，形成二元一次方程组，则求出GAIN和OFFSET；

同理求取配压阀传感器的标定参数GAIN和OFFSET，但配压阀全开时对应的POS为1，全关时对应的POS为-1；

S4.4：将求取得到的两组GAIN和OFFSET共四个参数写入调速器卡件程序中；

S4.5：具有主备用双通道的调速器，进行完主通道后备用通道还要将备用通道切为主用，用同样的方法进行此通道标定。

在一种优选的方案中，步骤S5中，求取电液转换器零位和主配压阀中位的补偿参数的具体步骤包括：

S5.1：先将导叶控制回路主环增益KP设置为0，副环增益VA_KP设置为1，电液转换器电气零位及主配中位补偿参数均设为0；

S5.2：开启录波，观察调速器内部导叶开度设定值、反馈值，在此时开启调速器手动模式，使能输出后导叶将开至最大；

S5.3：待导叶稳定后，此时观察到的调速器最终输出值即可认为是电液转换器的电气零点补偿值，将该值作为电液转换器补偿参数写入卡件程序中；

S5.4：恢复主环增益KP和副环增益VA_KP，主配压阀中位补偿参数VAOSP继续保持为0，手动设定导叶开度值为50%，待导叶打开稳定后，读取主配反馈值，该值即可认为是主配中位理想值，将该值作为主配压阀中位补偿VA_OSP写入卡件程序中。

在一种优选的方案中，步骤S7中，进行控制参数整定的具体方法为：

若相邻机组控制参数已知，则可带入后进行微调，若未知，由于液压控制回路的特性，使用串级控制的两步整定法，推荐使用串级控制的两步整定法（工程整定法的一种），包括以下步骤：

S7.1：整定副环，去掉回路中的积分和微分参数，将主调节器比例度置于100%，即KP置1，副环增益VAKP先设置一个较小值0.1，然后逐渐增大，当副环对阶跃的响应达到接近4:1的理想衰减震荡过程时，记下副环的比例度δ_vakp和过渡周期T_vakp，其中δ_vakp即VAKP的倒数；

S7.2：将副环增益VAKP固定，逐渐减小主环的比例度，即增大KP，当主回路达到4:1的理想衰减震荡过程时，记下主环的比例度δ_kp和过渡周期T_kp，其中δ_kp即KP的倒数；

S7.3：根据求出的δ_vakp、T_vakp、δ_kp、T_kp进行计算，副环增益直接取实验值，主环增益取实验值的0.8，主环积分时间取0.5倍的主环过渡周期T_kp，微分时间暂不设置；

S7.4：按先副后主、 先比例次积分后微分的原则，将计算得出的参数设置好；

S7.5：进行试验，观察曲线，并根据响应结果微调参数。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法，包括S1：根据抽水蓄能机组的机械设备结构设计导叶控制框图，采用电液转换器和配压阀两级放大的方式通过油压驱使导叶接力器动作；S2：确定导叶接力器及主配压阀行程检测方式；S3：制作并安装联动机构及传感器，所述传感器用于检测主配压阀和导叶的行程，所述联动机构用于将主配压阀和导叶的行程转化为传感器的测量行程；S4：进行导叶和主配压阀的传感器标定；S5：求取电液转换器零位和主配压阀中位的补偿参数;S6：进行导叶静态反应试验，观察导叶动作情况，微调补偿参数，使导叶控制偏差达到最小；S7：进行控制参数整定。

本发明方法保证了调速器控制系统尤其是导叶控制闭环稳定在合理范围内，并预留一定的裕度，方便后期维护及调试。传感器标定方法和参数设置方法能够成功指导了多次机组检修过程，并在紧急故障处理时发挥了作用，该方法亦可为使用类似系统的电厂和厂家技术人员提供理论实践依据。

附图说明

图1为本发明步骤S2-S4的流程图。

图2为本发明步骤S5-S7的流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1-2所示，一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法，包括以下步骤：

S1：根据抽水蓄能机组的机械设备结构设计导叶控制框图，采用电液转换器和配压阀两级放大的方式通过油压驱使导叶接力器动作；故在导叶控制回路中一般设计成串级方式；

S2：确定导叶接力器及主配压阀行程检测方式；

S3：制作并安装联动机构及传感器，所述传感器用于检测主配压阀和导叶的行程，所述联动机构用于将主配压阀和导叶的行程转化为传感器的测量行程；

S4：进行导叶和主配压阀的传感器标定；

S5：求取电液转换器零位和主配压阀中位的补偿参数；

S6：进行导叶静态反应试验，观察导叶动作情况，微调补偿参数，使导叶控制偏差达到最小；

S7：进行控制参数整定。

在具体实施过程中，步骤S2中，主配压阀行程检测采用圆台形式的联动机构将配压阀动作的垂直行程变为斜向行程，行程变换公式为，其中，X为主配压阀的实际动作行程（垂直于水平面方向），θ为联动机构圆台的底角，Y为传感器检测的变换后的行程。Y需满足传感器设计要求，比如传感器的线性区域为0.8-8mm，即7.2mm的可用范围，而X为20-21mm，故θ设置为70度。

在具体实施过程中，步骤S3中，传感器的安装要求是：安装稳固不易被干扰，距离动作机构最远时，反馈值应为20mA；距离动作机构最近时，反馈值为4mA，且动作机构不会打到传感器。

在具体实施过程中，步骤S4中，进行导叶和主配压阀位置传感器标定的步骤包括：

S4.1：记录导叶和配压阀全关时传感器反馈后的初值SE_RAW_C和VA_RAW_C；

S4.2：手动给定电液转换器输出，使主配压阀和导叶开至最大，记录导叶和配压阀全开时传感器反馈后的初值SE_RAW_O和VA_RAW_O，关闭导叶；

S4.3：进行传感器标定计算，根据公式POS= GAIN * RAW + OFFSET，导叶全开时对应的POS为1，全关时对应的POS为0，将两个RAW值SE_RAW_C和SE_RAW_O带入，形成二元一次方程组，则求出GAIN和OFFSET；

同理求取配压阀传感器的标定参数GAIN和OFFSET，但配压阀全开时对应的POS为1，全关时对应的POS为-1；

S4.4：将求取得到的两组GAIN和OFFSET共四个参数写入调速器卡件程序中；

S4.5：具有主备用双通道的调速器，进行完主通道后备用通道还要将备用通道切为主用，用同样的方法进行此通道标定。

在具体实施过程中，步骤S5中，求取电液转换器零位和主配压阀中位的补偿参数的具体步骤包括：

S5.1：先将导叶控制回路主环增益KP设置为0，副环增益VA_KP设置为1，电液转换器电气零位及主配中位补偿参数均设为0；

S5.2：开启录波，观察调速器内部导叶开度设定值、反馈值，在此时开启调速器手动模式，使能输出后导叶将开至最大；

S5.3：待导叶稳定后，此时观察到的调速器最终输出值即可认为是电液转换器的电气零点补偿值，将该值作为电液转换器补偿参数写入卡件程序中；

S5.4：恢复主环增益KP和副环增益VA_KP，主配压阀中位补偿参数VAOSP继续保持为0，手动设定导叶开度值为50%，待导叶打开稳定后，读取主配反馈值，该值即可认为是主配中位理想值，将该值作为主配压阀中位补偿VA_OSP写入卡件程序中。

在具体实施过程中，步骤S7中，进行控制参数整定的具体方法为：

若相邻机组控制参数已知，则可带入后进行微调，若未知，由于液压控制回路的特性，使用串级控制的两步整定法，本实施例使用串级控制的两步整定法（工程整定法的一种），包括以下步骤：

S7.1：整定副环，去掉回路中的积分和微分参数，将主调节器比例度置于100%，即KP置1，副环增益VAKP先设置一个较小值0.1，然后逐渐增大，当副环对阶跃的响应达到接近4:1的理想衰减震荡过程时，记下副环的比例度δ_vakp和过渡周期T_vakp，其中δ_vakp即VAKP的倒数；

S7.2：将副环增益VAKP固定，逐渐减小主环的比例度，即增大KP，当主回路达到4:1的理想衰减震荡过程时，记下主环的比例度δ_kp和过渡周期T_kp，其中δ_kp即KP的倒数；

S7.3：根据求出的δ_vakp、T_vakp、δ_kp、T_kp进行计算，副环增益直接取实验值，主环增益取实验值的0.8，主环积分时间取0.5倍的主环过渡周期T_kp，微分时间暂不设置；

S7.4：按先副后主、 先比例次积分后微分的原则，将计算得出的参数设置好；

S7.5：进行试验，观察曲线，并根据响应结果微调参数。

本发明提供一种带配压阀的导叶控制回路行程检测及调试方法，是一项关于抽水蓄能机组调速器控制系统设计、安装及调试的理论和实践成果，目前已在广州蓄能水电厂A厂四台机组上成功应用，方法中使用“线性变换”的反馈机构使四台机组主配压阀行程检测机构合理、规范、一致，保证了调速器控制系统尤其是导叶控制闭环稳定在合理范围内，并预留一定的裕度，方便后期维护及调试。传感器标定方法和参数设置等一整套方法已经成功指导了多次机组检修过程，并在多次紧急故障处理时发挥了重要作用。经广东电网电科院试验（静特性试验、空载试验、各工况试验、一次调频试验甩负荷试验等），采用此方法设计调试的调速器控制指标符合标准要求（例如静特性曲线近似直线，线性度误差不超过2%；主接力器转速死区不超过0.02%；机组在各个工况运行稳定，空载扰动试验控制过程收敛速度快波动次数少，空载转速摆动相对值不超过±0.15%；接力器不动时间不超过0.2s等），满足控制需要。该项目的调试方法指导了维护人员的作业过程，省去了聘请厂家的费用。该项目在调试过程中，作业人员的理论水平和技术水平都得到提升，省去了培训教育费用。经过该方法指导后，广蓄电厂修正了原厂家设计的配压阀检测机构，避免了多次非停事件，为电厂相关考核指标做出了贡献。

使用同型设备的电厂可以直接采用该方法，该方法亦可为使用类似系统的电厂和厂家技术人员提供理论实践依据。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。