摘 要:PCC 是計算機功能比PLC(可編程邏輯控制器) 更為強大的一種可編程控制器,他可支持多個CPU 同時工作并能實現多個任務分時按優先級運行,因此編程簡潔運行快速,更適合實時控制的調速器的需要。文章介紹PCC 技術與《步進電機—絲杠螺母副》式電P液變換技術相結合,在水力發電廠電液調速器技術更新改造中的成功應用。
關鍵詞:PCC 技術；步進電機；絲杠螺母副；調速器
1 前言
黑河象山水電廠采用的有壓隧洞供水,隧洞全長500m ,到廠房前分為叉管通向各臺機組。電廠共裝有HLD74 - LJ -140 型水輪發電機組3 臺:N = 3X6000KW,Hr = 44.15m ,Qr =15.77mPs ,nr = 375r/min ,配用YDT- 3000 型電液調速器。
由于YDT- 3000 型電液調速器屬模擬電路型,性能受電壓、溫度和時間的影響較大,并且其YDT - 3000 電/液變換裝置操作力小、對油污敏感、可靠性較低,因此,我廠分別于2001年及2002 年對3 臺機組進行了改造,采用了南寧瑞能自控技術有限公司生產的步進電機—絲杠螺母副式電/液變換技術。
2 改造思路和方案
采用先進的PCC 技術和《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換技術對象山水電廠YDT- 3000 型調速器進行實質性更新改造,借助外部廠商的專業化優勢和性能優良的電P液變換技術,來克服YDT- 3000 型調速器存在的不足,以達到提高機組運行的穩定性和可靠性,提高電廠的自動化管理水平的目的。具體措施和做法是:
(1) 采用全標準模塊式的《PCC 微機調節器》取代模擬電路型的《YDT調節器》以解決調速器產品制造工藝水平低、電氣性能不穩定、可靠性差和難于調整等問題；
(2) 配備通訊模塊以滿足電站計算機監控和通訊的需要；
(3) 用帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置取代原來的常規“控制套”式電/液轉換器,并借以重新構成一個結構簡潔而實用的調速器液壓控制系統,以降低機械部分的故障率,提高調速器的安全可靠性；
(4) 由于調速器的油壓裝置和接力器等部分運行較為可靠,故予以保留繼續使用,以減少改造的工作量和節省改造費用。
3 全標準模塊式的《PCC 微機調速器》
可編程邏輯控制器(PLC) 和可編程計算機控制器(PCC)都是計算機技術在工業控制領域的新成果,是為工業控制之用而專門設計的,在世界范圍銷售并由專業廠商采用自動化流水線大規模生產的標準模塊式產品。因此,制造工藝水平高,質量穩定性好(無故障運行時間PLC 可達30萬h ,PCC 可達50萬h) 。這些標準模塊使用方便,用戶只需根據要求自行選擇和配置模塊,并編自己的應用程序即可。
PCC較之PLC 具有更強大的計算機功能,可支持多個CPU 同時工作。它不但支持梯形圖編程,還可使用高級的C語言編程。更重要的是能實現多任務分時按優先等級的先后來運行,因此程序簡潔快速,更適合調速器實時控制的需要。
由于微機調節器是整個調整器的調節控制核心,是調速器安全可造運行的關鍵所在,因此,對于象山水電廠調速器的微機調節器,我們決定全部采用比PLC 具有更高檔次的2000系列PCC 模塊(奧地利B&R 工業自動化公司產品) 來構成,使這種《PCC 微機調節器》能夠成為一種“全標準可編程模塊”式的產品。
調節器能否實現“全可編程”,關鍵在于測頻功能能否“標準模塊”化。由于應用了PCC 技術,就能夠利用B&R 公司的高速(4MHZ) 數字量I/O 模塊,配合獨特的時間處理單元來完成“標準模塊”的直接、高速、高精度測頻,從而實現了主要電路無自制插件的設計思想,避免因使用工藝水平差的自制插件而造成“鞋底厚,鞋面薄”整機可靠性低的現象。
這種“全可編程”標準模塊式的《PCC 微機調節器》,只需將配置好的模塊插入和接好相應的外部線路,并寫入“調速器應用程序”即可使用。這就免去了大量而重要的電子元件的采購、檢測、老化、篩選、電路板的裝焊和調試等項工作,使調節器生產的關鍵工序基本擺脫了“手工作坊”式的生產模式,大大減少了人為因素影響,因此,調節器的產品質量就比較穩定可靠。再加上《PCC 微機調節器》屬免維修型,所以對電站運行維護人員的要求也大為降低,這就為調速器的安全可靠運行提供了堅實的硬件基礎。
4 帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置
“電/液變換裝置”是電液調速器液壓控制系統的關鍵,但也是液壓控制系統中最薄弱的環節。因此,要使改造后調速器的整機可靠性高。除了在電氣方面采用PCC 技術進行改造之外,還必須對YDT - 3000 型電液調速器中以常規“控制套”式電P液轉換器來構成的液壓控制系統加以改造。
由于這種“控制套”式電/液轉換器操作力小(十字彈簧剛度僅為400g/mm ,加上其控制套配合間隙、以及定節流孔和變節流孔都較小,因此對油污敏感容易卡澀,致使裝置可靠性較低。所以它就成為機械部分改造的主攻對象:我們用輸出力大且帶反饋的《步進電機—絲杠螺母副》式電/液變換裝置取而代之。在結構設計時,由于采用了將“電/液變換裝置”直接坐落在主配壓閥上的方案,故而得以重新構成一個結構簡潔而適用的調速器液壓控制系統,這對改善系統性能和提高調速器的可靠性都十分有利。為了適應新的控制方式,原來的主配壓閥活塞結構有所改變。
“變換裝置”中的步進電機選用日本RORZE 公司的RM型產品,并配以高品質的進行RD 驅動器,步進電機最大相電流為3A ,輸出力矩13kgfcm(比原來電/液轉換器的十字彈簧剛度大數10 倍) 。而“絲杠螺母副”是經過熱處理的精細傳動偶件,配以直線式導電塑料精密電位器(軍品) ,用來準確地反饋絲杠螺母副在調節過程中的實際位移,也可借以消除傳動副的間隙,以及步進電機可能出現的失步所造成的影響。
5 試驗和運行情況
象山水電廠3 臺機的YDT- 3000 調速器在改造工作完成之后,都進行了全面的靜、動態性能驗收試驗,其性能指標均達到國家標準的要求。現將3 臺PCC 微機調速器的主要試驗結果摘錄整理如表1 :
表1
說明:在甩負荷試驗中由于受壓力上升的限制而未能把接力器關閉時間調快,因此,機組轉速上升略偏高(仍滿足調保計算要求) 。
3 臺機組的調速器經過全面的靜、動態性能試驗之后又分別進行了72h 負載運行試驗均未見異常。3 臺機中得3 # 機PCC微權調速器于2001 - 10 - 18 ,1 # 、2 # 機PCC 微機調速器分別于2002 - 06 月和- 07 - 16 都陸續投入商業運行。
由于負荷調度的需要,象山水電廠3 臺機組的起、停機操作都比較頻繁,但3 臺PCC 微機調速器均能經受住考驗,正確可靠地工作,未見出現故障,其運行穩定性和可靠性令人滿意。另外,由于取消了原來的“控制套”式電液轉換器減少調速器的耗油量, 使調速器汕泵的啟運間隔時間由原來的15 - 20min延長至90 - 110min ,啟動次數明顯減少,這對延長“汕泵-電動機”及其控制設備的壽命和減少廠用電的消耗都帶來好處。
作者：袁成林,雷加輝
(黑河象山水電廠,黑龍江 黑河 164300)
