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1、CVT-80(50)数字式水轮机调速器原理与使用说明 CVT-80(50)数字式水轮机调速器原理与使用说明北京中水科水电科技开发有限公司（中国水利水电科学研究院自动化所）地址北京市海淀区复兴路甲1号邮编100038电话010-68781925传真010-68576176010-68781997，68781923E_mailG网址 2012年8月目 录1. 概况32. 系统组成32.1 电子调节器32.2 液压随动系统53. 主要技术参数64. 工作原理84.1 微机调节器的工作原理84.2 液压随动系统工作原理135. 运行操作265.1 CVT-80(50)调速器投入运行的条件265.2
2、调速器操作面板265.3 检查、操作和维护266. 设备安装306.1安装准备306.2 装置的安装337. 故障类型与处理357.1 故障类型357.2 故障分析与处理35附录 水轮机调速器数学模型38注：我方保留对此说明书修改的权力。产品与说明书不符之处，请以实际产品为准。欢迎您与我们联系。1. 概况现在已广泛使用“ 标准化PLC微机调节器+电液随动系统” 结构模式的新型微机调速器系统，由微机调节器部分完成信号传递、调节规律的综合、调节参数切换、状态指示、控制量的输出等功能，机械液压部分采用电液随动系统，纯粹将机械液压部分作为功率放大、进行随动控制的执行机构；发挥各自长处，提高了调节系统的
3、性能和设计、使用等方面的灵活性。本手册为CVT-80(50)数字式水轮机调速器的原理与使用说明。 CVT-80(50)是基于现代液压数字逻辑插装技术而开发的一类新型调速器，其型号定义如下：CVT-80(50)-XX压力等级（MPa）等同主配直径大型单调节机组该类调速器采用逻辑插装技术，由高速开关阀与逻辑插装阀等标准液压件进行元件-组件-回路的多层次组合与优化设计，进而实现调速器调节与控制的所有功能。它突破了近一个世纪以来一成不变的电气-机械/液压转换元件（电液转换器或微型电机等） + 主配压阀的经典形式、以及制造工艺与结构布置等方面的种种制约，系统的调节、控制无需由“中间位置”与机械反馈来保证
4、，使调速器的设计、制作与生产发生了根本性的变化；它兼顾了机械液压动作的可靠性、微机的适用性和阀的简单化。具有高可靠性、响应快、动作平稳性好、定位精度高、工作效率高、节省油源消耗等独特优点，在调速器领域独树一帜。2. 系统组成CVT-80(50)调速器由电子调节器、液压随动系统两大部分构成，各部分的组成大体如下：2.1 电子调节器其核心部件为可编程控制器、输入/输出信号调理模块、智能功放/驱动回路；它具有高可靠性和直观、方便的人机接口，提供了全方位、最直接的监测、调试和维护手段。可编程控制器组成：CPU单元、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、高速计数模块、远程通信模块、电源模块。智
5、能功放/驱动回路：将微机输出的脉冲信号放大后，驱动DC24V电压等级的高速开关阀，输出信号为数字脉冲信号。主要特点：采用可编程控制器作为硬件主体，装置可靠性高，平均无故障时间MTBF150000小时；具有频率（转速）/开度/功率等多种调节模式，适应水电厂不同运行工况的要求（功率变送器用户自备）；水头参数可自动测入（电平标准：05V或020mA）,也可由运行人员手动设定, 具有适应水头的开机特性和最大出力特性；调节参数（bp、bt、Td、Tn或bp、Kp、Ki、Kd）用平板触摸显示屏调整；采用发光二极管（光示牌）、指针式电表、拨换开关与平板触摸显示屏调整作为与运行人员的接口，具有显示清晰、准确、
6、直观、操作方便等优点；电气辅件（开关电源、继电器、控制开关、信号灯）均采用进口优质器件，可靠性高；频率调节模式采用适应式变参数PID调节规律，开度和功率调节模式采用PI 调节规律；具有与上位机的通信接口（RS-422/RS485/RS232）；可根据不同的水头改变机组的加速开度和最大出力限制，随着水头的增加，可自动减小机组的加速开度和最大电气开限值，以保证机组在起动过程中平稳迅速并网和安全有效运行。可在平板触摸显示屏上设置机组启动过程的加速特性。CVT调速器微机调节器主要硬件/组件配置一览表序号名 称1高可靠PLC控制器2平板触摸式显示屏3外围电路板及转换模块4机频变送器5网频变送器6位移变送
7、器7功放模块8交直流双重供电电源9继电器、接插件等附件10电气控制柜柜体2.2 液压随动系统 其基本结构特征可归纳为先导控制、阀座主级、嵌入式联接。各组件之间采用模块化结构有机地组合在一起。液压随动系统的组件主要包括: 高速开关（数字）阀 由逻辑插装阀基本单元组合而成的液压功率驱动主控阀组(起到主配的作用)开关机时间、紧急关机时间调整螺杆 可换滤芯的滤油器并带有堵塞发讯器手动排气阀滤油器堵塞、失效或切断时旁通保护阀开停机脉冲阀紧急停机阀流量调节阀(流量压差线性转换器)液压随动系统采用模块化结构，可根据使用需要进行灵活的组合和布置。整个液压控制系统具有很高的集成度，无任何杆件、钢丝绳及内部管道，
8、降低了对用户的使用、维护要求。液压随动系统大量采用了符合ISO标准的液压元件，从元件到系统高度标准化、模块化、集成化、通用化，互换性好、标准化程度极高。主要特点：采用高速开关阀作为电液转换组件，可以实现容错控制。调速器的液压部分本身同时实现D/A转换与功率放大的功能，从而实现直接数字控制。元件对工作介质污染不敏感：高速开关阀的阀芯操作力大，耐油污能力和工作可靠性有很好的保证。采用逻辑插装技术：由组合结构的逻辑插装控制阀单元取代主配压阀，由于逻辑插装控制阀单元的工作位置是直接由数百公斤以上的液压作用力驱动，动作可靠性有了很大的提高，亦避免了传统的主配压阀存在的标准化程度低、性能一致性难以保证、互
9、换性不好等不足。此外，逻辑插装控制阀单元采用高硬度的耐磨材料，即使长期工作也不会磨损失效。高速开关阀采用多通道冗余结构，一旦某一个通道失灵，可自行切换，由正常通道来维持系统的稳定工作。系统响应快捷、调节精度高、故障率低，提高了系统的可用度。 即使电气部分彻底失灵，也能使主接力器保持当前开度不变，并自动地切为手动运行, 从而避免了故障的扩大以及由此造成的不良后果。该调速器液压部分除了能实现传统机械液压系统的所有功能外，还能实现容错降级运行，以及自动/手动/电手动之间无条件、无扰动的平滑切换。容错控制功能与滤油工作回路的独特可靠设计从根本上保证了真正意义上的免维护。系统结构简单明了，内部液流阻力小
10、，从元件到系统密封性能好，泄漏小，稳定工况下基本无油耗，极大地提高了系统的工作效率，延长了油泵-电机的寿命，节省了油源与厂用电消耗。3. 主要技术参数调节规律为适应式变参数PID测频方式为残压测频或残压 + 齿盘测速；机组频率信号：一路取自发电机机端电压互感器信号电压正常范围：（0.6100）V正弦波正常测频范围：（5100）Hz测频分辨率：0.001Hz另一路取自大轴齿盘探头信号电压正常范围：（024）V方波正常测频范围：（0100）Hz测频分辨率：0.002Hz电网频率信号：取自主变低压侧电压互感器信号电压正常范围：（0.6100）V正弦波正常测频范围：（4555）Hz测频分辨率：0.00
11、1Hz永态转差系数：bp=(010)%暂态转差系数:bt=(5%150)%，或比例增益缓冲时间常数:Td=(220)s，或积分增益加速度时间常数:Tn=(05)s ，或微分增益频率给定范围：=(4555)Hz功率给定范围：=(0120)%水头H：用水头设定旋钮手动设定；当然水头参数H也可自动测入(电平标准：010V或020mA)。导叶位置反馈信号：微机调节器提供电压：+15V导叶位置反馈电压：导叶开度0100%对应于（+0.35+9.6）V 微机调节器与二次回路的联系发电机出口断路器无源接点主变高压侧断路器无源接点机组开机继电器无源接点机组停机继电器无源接点导叶开度增加/增速无源接点导叶开度减
12、少/减速无源接点供电电源厂用交流电源：220V10%，50HZ，1000VA厂用直流电源：220V10%，1000W 频率(转速)人工失灵区：=(00.5)Hz、并可调功率/开度人工失灵区：E(Y-P)=(05)%、并可调调节模式转速(频率)调节：EF=0,E(Y-P)=0,PID调节功率调节/开度调节： EF=(00.5)Hz, E(Y-P)=(05)%, PI调节额定工作压力：1.6MPa31.5MPa之间均可适应主控阀组最大设计流量：(37500)L/min(P0.2MPa)之间可调导叶接力器开启/关闭时间：(170)s之间可调快速开关阀额定工作电压：直流24V10%快速开关阀最大功率：
13、35W(单个)快速开关阀动作寿命：大于15亿次快速开关阀工作频率：大于200Hz快速开关阀允许温度范围：-40135紧急停机阀额定工作电压：直流24V15%滤芯最大耐压差：0.35MPa整机平均无故障时间：MTBF大于2万小时静特性转速死区: ix0.02%0.04%自动空载转速摆动：0.15%甩25%额定负荷接力器不动时间：Tq0.2甩100%额定负荷的动态品质：a.偏离稳态转速1.5Hz以上的波峰数不超过2次； b.自接力器第一次向开启方向运动起，到转速摆动不超过0.5%为止，经历的时间不大于40s.c从机组甩100%负荷时起，到机组转速相对偏差小于1为止的调节时间 与从甩负荷开始至转速升
14、至最高转速所经历的时间 的比值，对中、低水头反击式水轮机不大于8，桨叶关闭时间较长的轴流转桨式水轮机不大于10；对高水头反击式水轮机和冲击式水轮机不大于15 ；对从电网解列后给电厂供电的机组，甩负荷后机组的最低相对转速不低于0.9。4. 工作原理如图4.1所示的原理简图，调节规律的综合及控制量的计算由电气调节器部分实现，而纯粹将CVT液压随动系统作为功率放大部件，跟随电气控制量并同时实现D/A转换，以驱动导叶接力器与水轮机控制环。4.1 微机调节器的工作原理CVT微机调节器接收LCU命令，根据采集得到的机频/网频、有功、水头、开度等信号，通过软件进行调节规律的综合，进而得出相应的控制量，其控制量通过开关量接口与智能功放板驱动液压随动系统的高速开关阀；最终实现对导叶接力器及其机组的相应调节与控制。4.1.1 软件构成（1）信号采集及处理软件：开关信号(指令、状态等)采集软件、机频测量软件、网频测量软件、信号传输软件、数字滤波软件、模拟信号测量软件；（2）调节与控制软件：频率调节软件、开度调节软件、功率调节软件、开机控制软件、停机控制软件、调相控制软件、甩负荷控制软件、工况转换软件、导叶开度控制软
