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WST80调速器说明书

WT（WST）系列可编程水轮机调速器

（WT（WST）/CS）

说

明

书

重庆水轮机厂有限责任公司水电控制设备分公司

2006-5-10

第一章微机调速器的工作原理

一、概述

WT-80型全数字式可编程微机调速器，采用了高精度、高可靠性、高动态特性的数字电磁阀；调速系统分为微调节系统，大调节系统及分段关闭系统，各系统在微机控制下根据实际情况自动调节，适用于大型水轮发电机组的调节与控制。

结构上突破了传统大型调速器几十年以来的引导阀、主配压阀式液压随动系统，大量采用了标准液压元件，无主配压阀，安装维护更加方便。

电气控制上采用了先进的自适应式PID变参数、变结构的控制方式，脉宽调制技术，先进的数字式测频方式，全闭环的导叶随动系统控制、友好的汉字式人机对话接口；使水轮发电机组安全稳定地运行在各种运行工况下，实现机组的自动和手动开机、并网发电、紧急停机等功能，并按照系统和电站的要求进行机组的频率和开度的调节。

可以适用于原主配压阀直径为80mm各种轴流转桨式和灯泡贯流式机组。

接力器反馈直接安装在接力器缸旁边，无任何柔性反馈，因此响应速度快而准确。

由于比例伺服阀系统的特点，调速器静态时没有油耗。

所有的液控元件均为标准元件，极大地方便了电站的运行与维护。

二、功能和特点

1、WT系列可编程调速器的主要功能：

自动或手动开停机及增减负荷；无条件、无扰动地实现自动与手动的相互切换；实现机组的频率调节和快速并网；根据整定的Ｂp值和电网频差自动调整机组的出力；中、英文显示画面；能显示微机故障源及报警；便于实现与上位机的通讯，提高电站自动化水平。

2、电气部分的主要特点：

（1）采用可靠性极高的可编程（PLC），体积小，抗干扰能力强，能适应恶劣的工业环境，平均无故障时间达三十万小时以上；

（2）采用内部高速中断的可编程软件测频方式，可同时满足适时性和测频精度的要求；

（3）调节规律为变结构、变参数PID智能数字控制，具有良好的稳定性及调节品质；

（4）采集机频、网频、导叶开度、手动、自动等调速器的各种参数及机组所处的各种运行状态及调节模式，并在触摸屏上显示；能方便地通过触摸屏整定和修改调速器的各种运行参数。

（5）有在线自诊断功能，检测到电气故障时，能自动地切断微机输出，并将负荷固定于故障前的状态，显示出故障源，同时发出故障信号。

（6）采用交直流同时供电方式，两种电源在面板上以指示灯指示。

（7）程序设有闭环开机规律，使开机特性极为合理。

（8）硬件和软件都具有可扩展性，可按用户要求，增设其他功能。

3、机械液压部分的主要特点是：

（1）采用标准电磁球阀构成了直接数字控制的电液转换接口，实现了整个系统的数字化，大大提高了液压系统的抗油污能力。

（2）机械液压系统全部采用标准阀件构成，提高了整个系统标准化程度，调试。

（3）系统结构上采用集成化设计，取消了常规调速器的辅助接力器、主配压阀、杠杆等所有中间结构，系统无明管、无杠杆，简化环节，可靠性高，调速器的速动性好、控制精度高。

（4）静态无油耗，减小了调速系统的油耗及能耗。

三技术指标及参数

导叶接力器全行程关闭时间调整范围:

2~30s

导叶接力器全行程开启时间调整范围:

2~30s

频率给定调整范围：

50Hz±10%（单机运行时）

功率给定调整范围：

0~120%

永态转差率bp调整范围：

0~10%（级差1%）

人工转速死区调节范围：

0~0.5Hz（每级0.05Hz）

并联PID调节装置的调节参数调整范围

比例增益Kp调整范围：

0.5~60

积分增益KI调整范围：

0.05~301/s

微分增益KD调整范围：

0~0.9s

转速调整范围：

±10%

出力调整范围：

0~120%

开度限制调整范围：

0~100%

（1）机组甩100%额定负荷后，在转速变化过程中，超过稳态转速3%额定转速值以上的波峰不超过2次。

（2）机组甩100%额定负荷后，从接力器第一次向开启方向移动起，到机组转速波动值不超过±0.5%为止所经历的时间，不大于40s。

（3）当25%机组额定出力的负荷突变时，从负荷突变时刻起动导叶接力器第一次可测移动的时间间隔不超过0.2s。

（4）调速器操作电源：

DC220V±10%；AC220V50Hz±10%。

（5）工作电源：

DC220V±10%；AC220V50Hz±10%。

（6）平均故障间隔时间不小于25000（h）；大修间隔平均时间不少于8年。

四工作原理

1、频率偏差环节（测频板）

（1）被控机组频率经抗干扰、限幅及门坎电路，送入可编程测频高速输入端，经软硬件测频得到与机组频率成比例的数字信号Fj。

（2）电网频率信号由另一路测频信号输入，得到与电网频率成比例的数字信号Fw。

（3）与机组频率和电网频率同一比例关系的频率给定数字信号Fg，由微机内产生。

（4）不同工况下的频率偏差△f’为：

a、油开关合或油开关分但网频不正常：

△f’=Fg-Fj

b、油开关分且网频正常且跟网功能未投入：

△f’=Fg-Fj

c、

油开关分且网频正常且跟网功能投入：

△f’=Fw-Fj

（5）频率死区特性：

△f’>E△f=△f’-EE　　　

-E≤f’≤E△f=00-E　　△f’

f’<-E△f=△f’+E

其特性可如图所示，其中频率死区单边值，可由触摸屏中设定。

2、积分运算输入：

导叶开度给定YG和导叶比例P，积分I，给定计算YG，YPIG的差值乘以永态转差系数后，与频差信号△f相加，作为积分运算的输入。

△=△f+bp×（YG-YPIG）

调速器维持导叶开度不变的条件是积分运算输入为0

3、比例（P）、微分（D）、积分（I）调节规律

a、KP、KI、KD与Bt、Td、Tn之间的换算关系

KP=（Td+Tn）/Bt·Td

KI=1/Bt·Td

KD=Tn/Bt

B、PID总算式：

YPIG（K）=YPIG（K-1）+△YP（K）+△YI（K）+△YG（K）

4、由可编程控制器（FX2N）完成测频、开关量的读入、各种数据的处理、故障报警及输出等工作。

5、由扩展模块（FX2N-2AD）完成模拟量的输入工作。

6、由固态继电器完成可编程输出对数字阀的控制。

7、由人机介面（触摸屏）通过与可编程的数据线连接，完成各种数据的显示及参数修改等工作。

8、由接力器直线位移传感器提供的反馈，对应于开度0~100%，电流为4~20ma。

9、由各种按钮、指示灯、开关等，可对调速器进行控制、监测等。

五、调速器的运行特性和模式转换

1、微机调速器有六种运行状态和过程：

分别为

（1）停机备用（复位）

（2）开机（3）空载运行（4）负载运行（5）甩负荷过程（6）停机（7）无运行状态

（1）停机备用（复位）

当机组频率小于8Hz，导叶开度小于1%时，机组处于此状态。

（2）开机及特性

为了实现机组的快速开机过程，当调速器接收到开机令后，将导叶以一定速度开启至启动开度YKJ1，并维持不动，此时调速器测量机组的频率，转入开机过程。

启动开度可由触摸屏上根据电站机组情况及空载开度和启动系数设定。

（3）空载运行

当调速器进入开机过程后，开始　　　YKJ1

测量机组频率，当检测到机组

频率大于49.5HZ时，将导叶关　　　YKJ2

闭到空载开度YKJ2，投入PID调节工

作方式。

开机过程如图所示：

0　　　　　t

空载开度可由触摸屏上根据电站实际空载开度设定。

（4）、负载运行

当调速器检测到油开关合上时，则转入负载状态，投入PI调节工作方式。

负载状态的Bp值可由电站根据电网要求整定，Tn自动设定为0，频率死区为设定值，电气开限和最大开限可根据电站机组带负荷情况设定。

（5）甩负荷

在负载状态，调速器检测到油开关分时，则转入甩负荷调节过程，电气开限以一定速度关闭至YKJ2，并转入空载状态。

（6）停机

在开机过程、空载状态、甩负荷过程中当调速器检测到停机令，都将以两种速度使导叶关闭至全关，并转至停机等待状态。

2、调速器模式的转换

调速器有2种主要的调节模式：

频率调节模式和开度调节模式，其功能和相互间的转换都是由微机调速器内部自动完成。

（1）调速器处于非负载状态（空载、甩负荷、停机、开机）下，均工作于频率调节模式（FM）。

此模式适用于机组空载运行、机组并入小电网或孤立电网运行。

（2）调速器检测到油开关投入，并入电网运行时，工作于开度调节模式（PM）。

六、故障诊断功能

微机调速器具有：

1、电网频率的故障诊断及显示功能。

2、机组频率的故障诊断及显示功能。

3、导叶接力器反馈装置故障（或断线）诊断及显示功能。

当出现1故障时，微机发出故障信号并保持当前运行状态不变；出现2、3故障时，微机发出故障信号并自动切换到电手动运行，运行人员应根据以上情况及时作出处理。

第二节机械液压部分工作原理

一、液压部分工作原理

液压系统采用双油路控制方式控制接力器的位移。

正常运行时微机根据具体的控制量选择不同的液压回路进行控制。

当调节器微幅调节时，电气输出信号控制微调球阀（或比例伺服阀）动作，球阀直接控制接力器开（或关）机腔进压力油；同时液控单向节流阀（俗称液控锁）逆向开启，接力器关（或开）机腔接通排油，接力器向开启（或关闭）方向运动。

调节器微幅调节时，接力器直接受电磁球阀（或比例伺服阀）控制；因电磁球阀（或比例伺服阀）额定流量相对而言比较小，所以可以实现对接力器的微幅调节。

当调节器需大幅调节时，电气输出信号控制粗调开关阀动作，数字阀控制液动换向阀左（或右）端控制腔进压力油；液动换向阀向右（或左）移动换向，主压力油经液动换向阀通往接力器开（或关）机腔，同时使接力器关（或开）机腔经液动换向阀排油，接力器将快速移动至需要位置。

相对电磁球阀而言，液动换向阀通流能力比较大，因此可以实现对接力器的大幅调节。

在电磁铁失电（脉冲低电平信号）情况下，接力器处在稳定平衡状态下，各液压阀件均处于自锁状态（油路封闭）。

这就是说当电气部分故障时，接力器将维持原开度不变。

此时可用手动按钮进行手动操作。

在事故停机情况下，紧急停机电磁阀通过自动或手动信号动作，使液动换向阀右端控制腔接压力油，液动换向阀换向到压力油直通接力器关机腔，开机腔排油；同时微调节油路全部封闭，接力器以液动换向阀整定好的调节保证计算时间紧急关机。

二、主要零部件

1、球座式电磁阀（电磁球阀）

球座式电磁阀，即电磁球阀，简称球阀，是一种开关式液压控制元件，用开启截止两种状态的切换来控制液流方向和流量。

自动工况，它是由电气输出的脉冲信号控制的、手动工况则是通过手动的按钮控制，与普通伺服阀相比该阀无零位搭叠量，切换时间短、频率响应高。

2、紧急停机电磁阀

紧急停机是采用4WE型电磁换向阀。

电磁阀线圈在调速器正常运行时，无需长期带电。

在任意工况都可以用远方操作、现地机手动操作紧急停机电磁阀，实现紧急停机。

3、液控换向阀

采用4WH型液控换向阀直接控制接力器，静态无油耗，换向频率高。

4、节流阀

通过旋转阀上的调节螺钉，可以方便地调整接力器开、关机时间。

5、滤油器

滤油器滤芯可以卸下清洗，滤油精度高。

6、主接力器

主接力器在球阀控制下往复运行，经传动机构带动导叶开关。

7、分段关闭装置（需要时单独选配）

当电站引水管道较长且未设置调压井，压力钢管的允许压力不能满足调保计算的压力上升时，调速器应设置分段关闭装置。

分段关闭装置由分段阀、斜块及行程换向阀组成,斜块固定在接力器伸出杆上,水平移动斜块,可以改变分段拐点位置,使其等于或大于机组空载开度位置。

8、导叶反馈传感器

导叶反馈传感器即电-位移传感器，采用输出4～20MA的精密电位器，构成有效行程为0～200mm的电-位移传感器。

该装置通过挡块与接力器伸出杆直接相连，调整极其方便。

9、桨叶反馈传感器（双调选用）

导叶反馈传感器即电-位移传感器，采用输出4～20MA的精密电位器，构成有效行程为0～200mm的电-位移传感器。

该装置通过挡块与接力器伸出杆直接相连，调整极其方便。

三、油压装置

油压装置的作用是向调速器提供稳定的压力油源。

正常工作时，压力油罐（11）容积的2/3为压缩空气，1/3为压力油，回油箱油位为规定值。

压力油罐的压力因供油而下降到规定值时，接点压力表（12）通过二次回路的电路启动电动机（4）、油泵（3）将回油箱内的透平油通过补气阀（6、7）、中间油罐（9）、单向阀（10）输送到压力油罐，使其压力上升。

当压力达到规定值，接点压力表控制泵组停下，完成了一次补油。

当压缩空气或透平油泄漏相当数量时，补气阀、中间油罐将共同作用，使油泵每次启动后，自动向压力油罐补充一次压缩空气，补气的数量为常压下一个中间油罐的容气量。

其工作原理如下：

在压力油罐油、气比正常时，回油箱内的油位为规定值，补气阀的吸气管口始终在油面以下。

泵组启动时，进入补气阀的压力油将其阀芯压下并使弹簧压缩，阀芯上阀盘将中间油罐与吸气管封断，下阀盘将补气阀底部排油管封断，压力油即通过补气阀进入中间油罐，与其中的存油一起通过单向阀，向压力油罐补油。

泵组停机时，单向阀关闭，中间油罐和补气阀内油压消失，阀芯在弹簧的作用下升至上端，阀芯上部的环形槽使吸气管与中间油罐接通，其下阀盘封断了中间油罐与油泵的通路，同时使中间油罐与补气阀底部排油管接通。

这时，因中间油罐的吸气管和排油管的管口都在油面以下，故中间油罐内的存油在大气压力作用下不会流出，而是在下次泵组启动时被压入压力油罐。

当压缩空气泄漏一定数量后，压力油罐内的油压要达到额定值，其油位必然高出正常油位，这时回油箱内油位将低于正常油位，使吸气管口露在空气中。

这样，泵组停机时空气便会自吸气管进入并充满中间油罐，罐内存油则经排油管排入回油箱，因而每次油泵启动时，进入中间油罐的压力油要先把其中的空气全部压入压力油罐，完成一次自动补气后，才能进入压力油罐。

经过若干次自动补气，压力油罐和回油箱内的油位又恢复正常，油泵便不再补气而仅仅补油了。

当透平油泄漏一定数量时，因回油箱油位下降，也会导致油泵启动时进行自动补气，造成压力油罐油位非正常下降，这时应及时处理漏油部位，并补足透平油。

当油泵和压力油罐中的油压高于额定油压的2%时，安全阀（5）自动开启，压力油将排到回油箱中；当油压高于额定油压的16%时，安全阀全部开启，此时油压即不再上升，从而保护压力油罐不致过压。

第三节面板及触摸屏的显示及操作

一、面板上的显示与操作

面板上有1个指示灯、8个按钮。

指示灯是事故停机指示。

当调速器接收到事故停机令时，指示灯亮。

8个按钮分别是增功、减功、开机、停机、手动、自动、事故停机、手动开启卸水阀。

二、触摸屏的显示与操作

本调速器配置了图形显示终端（也称触摸屏），可以简捷、准确、方便地实现对微机调速器的监视和操作。

通过触摸屏可以了解调速器当前的运行状态、运行参数和调节参数，进行参数修改、故障显示、运行监测等。

当微机上电时，由用户选择进入中文主画面或英文主画面。

（以下介绍中文画面，英文画面与中文画面相同）

1、运行状态

此屏为电站运行的主画面，显示机组频率（单位为HZ）、电网频率（单位为HZ）、实际开度值（单位为%），可以检测开机、停机、并网、增加、减少等外部信号，实时检测机组在自动/手动运行，正常/故障状态。

同时触摸屏内产生年、月、日、星期和时间等信息显示画面中。

同时可通过触摸键察看机组运行的状态和工作的模式。

运行状态包括停机等待状态、空载状态、并网状态。

2、参数修改

可以直接按参数的显示区域即可弹出键盘输入需要修改的数值。

空载参数经调试人员调试后，严禁随意修改。

否则影响动态稳定性。

3、故障显示

运行状态的故障显示信息，可通过故障指示画面显示，此画面可指示机组频率、电网频率、导叶故障（断线）等故障信息，提请运行人员及时准确地处理故障。

4、试验/监视画面

可以通过此画面，对微机调速器进行静特性试验。

通过对导叶控制和导叶反馈信号的数值（显示值为%）比较，可以直观地反映控制输出及反馈输入的情况。

5、通过对电站基本参数和公司的基本介绍，可以了解电站和公司基本参数和基本情况，以便更好地为用户服务。

第四节安装与调整

一、安装

1、调速器的安装

连接油压装置及接力器间的油路钢管必须进行严格清理，确保管路清洁无铁屑杂质。

出厂前管接头、高压软管已清理干净，安装连接时注意清洁。

2、调速器整体安装

调速器安装基础应按安装图尺寸和其他要求浇灌，并同时留好电缆出口，预埋好有关管道。

接力器的安装

接力器的安装请参照附图：

接力器安装图。

接力器支座安装螺钉由调速器厂家随接力器一起提供。

3、电气接线

按电站二次回路图及调速器竣工图册上的配线图，将外部缆线引到调速器电气柜一一对应接线，并仔细检查核对。

为了防止干扰信号，电线建议使用屏蔽电缆，屏蔽层必须正确接地。

电压互感器之间的信号线不允许经过熔断器，以保证测频信号的可靠连接。

将柜体良好接地。

4、充油

调速器安装后，从回油箱上空气滤清器内注入L-TSA46号汽轮机油，相当于壳牌（SHELL）THLLUS-29、埃索（ESSO）TEREO-47号汽轮机油。

二、对外配线

调速器对外接线端子排的定义和配线方法如附图所示。

图中端子排右端为电站二次回路连接。

调速器油压装置接线由电站二次回路设计连线。

1、“开机”、“停机”、“并网”、“增加”、“减少”是远方控制命令。

当远方发出某个命令且调速器处于自动工况时，调速器将执行该命令。

此接点为无源接点。

2、“机频”、“网频”是机组频率、电网频率信号的输入端子。

应使用屏蔽线自PT（电压互感器）上接入机频、网频信号，并且屏蔽层应单边接地，以避免干扰。

3、“AC220V”、“DC220V”是厂用交流电源和厂用直流电源的输入端子，须注意DC220V电源的正、负极与端子保持一致，否则会烧毁紧急停机电磁阀和继电器上的续流二极管。

4、“紧急停机”是外部紧急停机令输入端子。

5、“故障报警”是一对空接点，容量为5A、28VDC或5A、220VAC。

三、调整

1、油压装置的充气、升压

如电站没有压力气源，可用自动补气装置进行充气、升压。

这时应先关闭主供油阀，用油泵向压力油罐送油，使压力油罐和回油箱的油位符合规定值。

然后调整吸气管，使管口与回油箱油面平齐。

调整好电接点压力表，控制油泵自动启、停。

开启放油阀，缓慢排油，其排油速度应使得停泵时中间油罐的油正好排空。

此时，补气阀及中间油罐工作于自动补气状态，经过若干小时，压力油罐、回油箱油位在该整定压力下到达规定值。

然后将电接点压力表逐渐调整到额定油压，用同样的方法即可在数小时内完成充气过程。

如电站有压力气源，可先向压力油罐预充一定压力的压缩空气，然后再用自动补气装置进行充气、升压。

2、导叶行程调整（电气调整）

在确认外部接线准确无误，厂用交、直流供电正常后，即可合上电源开关给调速器供电。

将导叶传感器全部固定后（注意：

固定位移传感器的位置必须保证导叶全开全关都在传感器有效行程内），打开油阀，手动操作电磁阀将导叶全关，点击复位画面的继续---设置---参数设置---行程设定，正确输入密码后进入导叶行程设定，点击“全关”那一排最后的记录键将导叶全关行程值记录进PLC；再将导叶手动至全开，按上面同样操作将“全开”那一排最后的记录键将导叶全开行程值记录进PLC；记录完毕后切记要将“全行程”那一排最后的计算键点击，将全行程值记录进PLC，至此导叶的行程校定才算结束。

需要注意的是：

在手动全关全开导叶进行行程校定的过程中，最好是刚刚全关全开时（即临界值）才记录数值，多了或者少了都不太好，请在实际操作中参照执行。

以上调试最好输入机频信号方便操作

。

第五节维护及说明

一、维护

1、调速器运行的安全与否直接关系到整个机组，乃至整个电站，因此请确保调速器由专业人员或熟练操作者按正确的操作规程操作。

调速器柜子钥匙专人掌管，严格使用。

2、定期检查调速器，发现问题，及时解决。

3、严格禁止随意更改调速器配线接口。

4、调速器置于发电站（厂）厂区内，保持较好的环境，避免撞击、茶水溅入柜内等可能导致损坏的事件发生。

5、用干净手触摸屏幕，切勿使用过大的力或使用硬的或尖锐物体按压，以免发生故障。

6、切勿带电插拔各种连接线及芯片。

二、说明

1、控制信号

“开机”令和“停机”令有自保持功能，但必须闭合1秒钟，否则调速器将认为是误动作。

“并网”信号在并网运行时必须保持，通常由油开关重复辅助接点发出。

“并网”信号消失或接触不良，调速器都判断为甩负荷，接力器将关至空载开度。

2、电站如没有直流电源，需注明。

二次回路的事故阀接线会有所改变。

3、参数整定

启动开度系数可以限制空载时导叶开度不超过该值。

若开机时发现机频升不到50Hz，可将启动开度系数改大。

开度限制可以限制导叶的最大开度，若用户希望压限运行，可在0-99.99%之间任意设定电气开限。

若自动运行时机组带了一定负荷后不能再增负荷，则首先检查是否压限。

频率死区为0或者太小，带负荷运行时接力器会因网频的微小变化而频繁波动。

参数修改如果越限则触摸屏会显示错误，参数自动回到前设值。

4、常见故障判断

测频板故障：

测频板掉电。

检查测频板电源。

机频故障：

PT侧断线。

检查外部盘柜到调速器盘柜的机频信号接线。

网频故障：

网频断线。

检查外部盘柜到调速器盘柜的网频信号接线。

导叶故障；导叶断线或反馈漂移。

导叶反馈装置与端子排间的反馈线断，

或者导叶反馈电位器值漂移。

5、其他

紧急停机电磁阀不能长期带电，以免烧毁。

可编程控制器内的锂电池，寿命约为3-5年。

电快用完时，PLC上的“BATT.V”指示灯会亮。

发现该灯亮时，应尽快更换。

锂电池可由厂家代购。

温馨提示：

本说明书如因软件修改升级而与实际界面约有不同，恕不另行通知。