近幾年，國內(nèi)水電機組裝機容量的快速增加，單機容量的逐漸增大，水電廠的自動化與智能化逐漸提高，并提出了智能化電廠的概念。調(diào)速器作為水電廠水輪機控制的核心設(shè)備，其智能性對智能化水電廠的穩(wěn)定與安全有著至關(guān)重要的作用。

本文首先從智能電液隨動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手，分析了智能電液隨動系統(tǒng)的基本組成單元與信號接口，然后在目前通用調(diào)速器的基礎(chǔ)上提出實現(xiàn)智能電液隨動系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)，提高智能電液隨動系統(tǒng)的可靠性。

系統(tǒng)構(gòu)成

智能電液隨動系統(tǒng)主要由主配壓閥，伺服隨動先導(dǎo)系統(tǒng)，智能操作模塊，智能數(shù)字化傳感器。

圖1 智能電液隨動系統(tǒng)的組成

智能模塊接受來自電氣控制柜的控制信號，經(jīng)過綜合處理以后驅(qū)動伺服比例閥，伺服比例閥作為先導(dǎo)級驅(qū)動主配壓閥，最終由主配壓閥控制接力器開關(guān)動作^[2]。

信號系統(tǒng)的組成：

• 外部信號包括機組的頻率、斷路器狀態(tài)信號、系統(tǒng)油壓信號等；
• 反饋信號1為伺服比例閥位置信號；
• 反饋信號2包括主配的位置信號，主配壓閥P、T、A、B腔的壓力信號，P、T、A、B腔的流量信號；
• 反饋信號3為接力器位置信號；

以上反饋信號均來自相對應(yīng)的智能數(shù)字化傳感器，帶有通訊接口。

相關(guān)技術(shù)

1 冗余控制技術(shù)

先導(dǎo)控制級采用雙伺服比例閥控制方案，當(dāng)一套伺服比例閥發(fā)生故障時，智能控制模塊能無擾動的切換到另外一套的伺服比例閥控制系統(tǒng)，冗余硬件可保證系統(tǒng)的可靠性。

在電氣控制柜失效的情況下，智能模塊能根據(jù)LCU與外部的狀態(tài)信號，控制導(dǎo)葉接力器，保證機組的出力而不會因為電柜的失效而使系統(tǒng)失去控制，提高了控制系統(tǒng)的相對獨立性，從而可保證機組運行的安全性。

2 先進傳感器與伺服比例閥

壓力、流量、位移傳感器采用數(shù)字化傳感器不但輸出常規(guī)的電量信號(如4~20mA等)，還能通過自身的通訊接口輸出數(shù)字量信號與狀態(tài)信號，提高反饋信號的可靠性。

伺服比例閥為工業(yè)級高性能閥件，其性能介于比例閥與伺服閥之間，結(jié)合了伺服閥和比例閥的優(yōu)點，既有伺服閥的高精度高響應(yīng)性又有比例閥的出力大、耐染能及卡能力強等高可靠性，電磁操作力大，從而解決了液壓卡阻的問題。

伺服比例閥的閥芯裝備了位置控制傳感器反饋，將反饋信號引入電路形成閉環(huán)控制。在斷電故障時該閥具有“故障保險”位置，保證失電時主配閥芯回復(fù)到中位。

3 先進網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)

智能模塊不但具有常規(guī)的MODBUS通訊協(xié)議，還具有網(wǎng)絡(luò)通訊功能，支持IEC-61850，通訊基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2所示。機組頻率、導(dǎo)葉位置、主配壓閥各油腔的流量和壓力信號為非電氣量信號，通過相信的智能數(shù)字化傳感器采集到智能模塊中，智能模塊將相關(guān)信息通過GOSS網(wǎng)傳遞給監(jiān)控的現(xiàn)地控制系統(tǒng)以及周邊設(shè)備。

智能模塊也可以通過MMS網(wǎng)與后臺數(shù)據(jù)庫鏈接。通過該通訊技術(shù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)方式對液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行全面控制與監(jiān)測，提高系統(tǒng)運行的智能性與可靠性。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 檢測及防止主配壓閥卡阻的技術(shù)

針對調(diào)速器主配壓閥閥卡的故障檢測和伺服閥檢測原理相同，主要在主配處于大幅度的調(diào)節(jié)過程中進行診斷，其診斷原理圖如下：

圖3 主配卡阻故障檢測原理圖

伺服比例閥的輸入電流來自電氣調(diào)節(jié)柜；主配閥芯行程來自主配閥芯位移傳感器；導(dǎo)葉行程來自導(dǎo)葉行程位移傳感器；

當(dāng)主配壓閥處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時，伺服比例閥的輸入電流、主配閥芯行程、導(dǎo)葉行程必定組成一個相應(yīng)的比例關(guān)系，如伺服比例閥的正向輸入電流越大，主配閥芯開方向行程越大，導(dǎo)葉開方向行程越大，通過該比例關(guān)系的比較，設(shè)定一個閾值，當(dāng)三者之間的差值大于閾值，則可判定主配卡阻。

確定主配壓閥卡阻后，智能電液隨動系統(tǒng)向監(jiān)控系統(tǒng)報警，監(jiān)控系統(tǒng)可綜合各狀態(tài)對其進行相應(yīng)的處理。

5 多方位主配監(jiān)測技術(shù)

目前國內(nèi)調(diào)速器系統(tǒng)對主配的監(jiān)測主要是主配閥芯位置反饋，智能電液隨動系統(tǒng)引入對主配壓閥各操作油腔壓力、流量狀態(tài)量，控制腔壓力狀態(tài)的監(jiān)測，通過操作腔壓力的監(jiān)測可計算出目前導(dǎo)葉接力器的受力狀態(tài)，可對水輪機導(dǎo)水機構(gòu)及引水管道的動態(tài)特性進行分析，為機組的安全提供有力保障。通過閥口流量分析可知道目前導(dǎo)葉接力器的運動速度等狀態(tài)。

結(jié)語

綜上所述智能電液隨動系統(tǒng)以智能模塊為核心，采用先進的智能數(shù)字化傳感器與先進的伺服比例先導(dǎo)設(shè)備保證設(shè)備的可靠性。智能模塊采用先進的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，提高設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化特性與智能控制特性。智能模塊使用模糊控制算法能夠迅速判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。智能電液隨動系統(tǒng)是電液控制系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢，有助于推動智能調(diào)速器的發(fā)展。智能電液隨動系統(tǒng)是智能化電廠重要的一個環(huán)節(jié)，同時為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供支撐。

（編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“智能電液隨動系統(tǒng)的研究”，作者為何林波、許棟 等。）