高轉速手電動調速微機控制的實現

林志煥，劉寶松，施明方

(1.杭州西湖電力電子技術有限公司，浙江 杭州 310030；2.樂清市水利電力總站，浙江 樂清 325600)

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高轉速手電動調速微機控制的實現

林志煥1，劉寶松1，施明方2

(1.杭州西湖電力電子技術有限公司，浙江 杭州 310030；2.樂清市水利電力總站，浙江 樂清 325600)

采用DSP微機控制裝置實現了高轉速手電動調速在低壓機組控制上的運用，并結合實例對其改進過程進行了詳細闡述。圖4幅。

小水電站；低壓機組；微機控制；DSP

1 概 述

在國家財政部、水利部2011年發布了農村水電增效擴容改造十二五時期財政補助的政策后，全國各地抓住這一輪國家對農村小水電增效擴容改造補助的機會，紛紛對各自的小水電站進行了增效擴容的工作。隨著計算機技術、通訊技術和網絡技術的成熟，在此次改造和一些新建的中小水電站中，大多采用了基于TCP/IP的以太網組網或基于RS485為基礎的機組控制保護調速系統。在相對比較大的機組中，無論是新建的還是改造的，機組類型不論是混流式機組還是沖擊式機組，普遍采用的都是帶PLC控制的微機調速器，機組控制系統能有效的對機組進行有功調節。但是，在一些小型的400 V機組中，有相當一部分電站出于資金等原因，采用的仍然是手電動調速，一些還是高水頭、高轉速的手電動調速操作器，這給機組自動化控制的實現帶來了困難。

筆者所在公司在長期的水電站機組控制實踐中，總結和克服了這一技術困難，通過對控制回路的硬件和控制流程的程序改進，實現了對高轉速手電動調速微機控制，成功開發了1種DSP平臺下的微機調節控制的低壓機組一體化控制柜。

DSP技術，即數字信號處理，就是用數值計算的方式對信號進行加工的理論和技術，它的英文原名叫Digital Signal Processing，簡稱DSP。它是集成專用計算機的1種芯片，目前在國內應用處于技術前沿，這幾年在水電站的準同期、微機勵磁、微機保護、微機調節控制中得到了廣泛的使用。

2 工程概況

半塘二級水電站位于浙江省武義縣,機組裝機容量為500 kW，400 V出線，單機單運行，采用無刷勵磁調節輸出。水電站采取的是0.75 kW、AC380 V、額定轉速1 390 r/min的手電動轉速操作器。這座電站的水頭很高，空載開度只到5%左右，并網帶滿負荷后，開度也只到25%左右。由于開度小，在并網前，增大調節控制，轉速就飛轉到很大，頻率一下子沖到55 Hz多；而減少調節控制，轉速又突降到額定以下很多，頻率一下子掉到45 Hz，并網調節操作難度很大。在有限的幾次撲捉到并網信號后，并網運行時，對于微機調節控制器設定的自動調節有功往往突破設定的有功調節的死區，使微機調節控制器頻繁地進行增有功操作，或者是減有功操作，造成了機組運行的不穩定。

3 微機控制對硬件電路和程序的改進

3.1 對硬件電路的改進

水電站手電動調速的電機容量一般都不大，在實踐中碰到的容量基本都在1.5 kW(AC380 V)及以下。對這個不大的電機啟動，直接啟動電流也不會很大，可根據電機的容量折算電流和選型出需要的控制接觸器，串在電路中啟動。

對于手電動調速的輸入控制，可采用微機控制平臺進行輸入信號輸入，與其直接相關的主要有3個信號：一個是手電動操作器故障，一個是導葉全開，一個是導葉全關。而對于手電動調速的輸出控制，則可采用繼電器直接輸出，與其直接相關的信號有2個：一個是增有功功率(增加轉速)，一個是減有功功率(減少轉速)?？刂苹芈冯娏鞅旧聿淮?，繼電器接點容量就不需要很大，我們采用的是MY2NJ(DC24 V)繼電器進行控制回路的繼電器輸出。

原先的硬件電路就是如此，但是，當碰到高轉速時，就出現了難以控制的問題。因此，經過技術人員的分析并結合實踐，在硬件電路電機輸出端引入了電抗器。電抗器也叫電感器，一個導體通電時就會在其所占據的一定空間范圍產生磁場，所以能載流的電導體都有一般意義上的感性。電抗器的種類有多種，有并聯電抗器、串聯電抗器、進線電抗器、平波電抗器等，這里采用的是一種限流電抗器(限流電抗器是直通的)。通過限流電抗器，再通過電抗器的電感作用，利用電感電流不能突變的原理，延緩和遲滯控制電壓的變化，達到控制轉速的目的。

根據電站生產實際，考慮到不同電站的參數可能不一樣，對電抗器采用了三相電抗器引出三組抽頭方式，分別為65%、70%、75%；這樣就可以靈活配置選擇。如果轉速高的，難以實現控制，則選擇更小的一檔來進行電機引出控制(見圖1～圖3)。

圖1 KW/380 V型電抗器接線示意

圖2 微機控制裝置原理示意

圖3 手電動操作器控制原理示意

3.2 對程序控制的改進

對手電動的操作程序，在改進之前是直接進行點動控制。針對高轉速難以控制的實際，提出了對手電動操作器的程序控制采用內判和外判兩者相結合的控制流程方式。外判是指在起初水輪機剛轉起來時進行比較粗的判別；此時，給1個相對比較長的點動時間，使轉速盡快到額定左右。內判是指轉速到90%到115%額定轉速時，控制回路轉入內判方式，因為此時需要比較細致的微小調節才能實現并網和微調節增減有功的控制。當各個水輪機自動控制符合開機條件時，啟動水輪機，先進入外判程序，使機組轉到額定附近(見圖4)。

手電動開機現場的參數：

方式參數(注：類同于保護投推定值選擇顯示)

01:冷卻水路數 (兩路)

02:冷卻水信號方式 (示流)

03:開閘閥選擇 (蝶閥)

04:調速器選擇 (手電動)

控制參數(注：類同于保護數值定值選擇顯示)

05:開機首次增操作器 (缺省值 0.6 s)

06:開機再次增操作器 (缺省值 0.00 s)

07:開機再次減操作器 (缺省值 0.2 s)

08:開機停操作器 (缺省值 30 s)

09:開機增有功時限 0.70 s

10:開機增有功間歇 4.00 s

11:df反向動作開時限 0.05 s

12: df反向動作停時限 14 s

13: df設置值 0.11 Hz

圖4 修改后的有關手電動開機并網控制程序的流程示意

4 結 語

通過對上述微機控制硬件電路的改進和對程序流程控制的修改，并結合在半塘二級水電站、廣東陽山、樂清電站等的實踐使用，證明其運行非常穩定，達到了預期的效果。

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責任編輯 吳 昊

2014-11-06

林志煥(1980- )，男，工程師，主要從事電子電氣工程及其自動化設計工作。 E_mail:541958682@qq.com