金安橋水電站2號機組調節(jié)系統(tǒng)及原動機模型參數(shù)測試方案

1、金安橋水電站水輪機組調節(jié)系統(tǒng)及原動機模型參數(shù)測試方案金安橋水電站2號機組試運行指揮部云南電力試驗研究院（集團）有限公司電力研究院2011年10月7日目 錄1、試驗目的2、技術標準和規(guī)程規(guī)范3、金安橋水電站調速系統(tǒng)框圖4、試驗內容及方法5、試驗測點布置：6、試驗安全措施7、試驗必須收集及記錄的技術資料金安橋水電站水輪機組調節(jié)系統(tǒng)及原動機模型參數(shù)測試方案1、試驗目的對水電廠水輪機調節(jié)系統(tǒng)參數(shù)進行測試，為電網系統(tǒng)仿真研究提供與實際系統(tǒng)狀況相吻合的水輪機調節(jié)系統(tǒng)模型，通過對調速器數(shù)學模型的研究和仿真計算，建立更為準確的調速系統(tǒng)的計算模型,滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算的需求, 為電力系統(tǒng)安排運行方式提供更為可靠

2、的依據(jù)。1.1、通過試驗獲得水輪機調節(jié)系統(tǒng)模型相應參數(shù)，為電力系統(tǒng)計穩(wěn)定計算提供依據(jù)；1.2、檢測調速器整體性能；1.3、為電力系統(tǒng)的中長期穩(wěn)定性仿真計算及電網規(guī)劃，提供可靠的數(shù)學模型。2、技術標準和規(guī)程規(guī)范2.1、 DLT 563-2004水輪機電液調節(jié)系統(tǒng)及裝置技術規(guī)程。22、 DLT 496-2001水輪機電液調節(jié)系統(tǒng)及裝置調整試驗導則。2.3 GB 9652.1-1997水輪機控制系統(tǒng)技術條件2.4 GB 9652.2-1997水輪機控制系統(tǒng)試驗3、金安橋水電站調速系統(tǒng)框圖3.1、HGS-E412型PCC調速系統(tǒng)頻率及導葉閉環(huán)調節(jié)原理框圖左邊的PID調節(jié)框圖稱為頻率主環(huán)，bp為永態(tài)轉差

3、系數(shù)，空載時，bp為零，死區(qū)為零，PID調節(jié)參數(shù)采用空載參數(shù)，并網時，bp和死區(qū)為設定值，PID調節(jié)參數(shù)采用負載參數(shù)，功率一般都通過監(jiān)控系統(tǒng)來調節(jié)，直接作用于導葉位置輸出。該信號經過DA（模數(shù)）轉換后施加到電液轉換器上。Kp：主環(huán)比例增益，參數(shù)值0-20之間可調。Kd： 主環(huán)微分增益，參數(shù)值0-10 1/s之間可調。KI： 主環(huán)積分增益，參數(shù)值0-5 s之間可調。Ty：接力反應時間常數(shù)，整定在0.2s左右。bp：調速系統(tǒng)永態(tài)轉差率， 0-10%可調。E：人工失靈區(qū)：整定在0-0.5HZ。fg：機組頻率返饋fs：機組頻率給定PGV：負荷給定3.2、程序模擬量輸出對應如下（據(jù)廠家最終資料為準）：（

4、1） 頻率主環(huán)PID綜合輸出； （2） 功率給定Pgv； （3） 開度給定；（4）導葉副環(huán)綜合輸出u； 4、試驗內容及方法4.1、 靜態(tài)試驗試驗條件：蝸殼未充水，調速器處于自動運行方式：切除人工死區(qū)（置零值）：置比例增益Kp、積分增益Ki置最大值，Kd置零值，頻率給定為額定值，機組模擬并網(斷路器位置信號短按)。 4.1.1、靜態(tài)特性試驗由調速器測試儀給調速器提供額定的機頻輸入信號，以開度給定將導葉接力器調整到50行程附近。然后，將調速器處于自動運行方式，升高或降低頻率使接力器全關或全開，單方向調整頻率信號值，在導葉接力器每次變化穩(wěn)定后，記錄信號頻率值及相應的接力器行程，分別繪制頻率升高和降低

5、過程的靜態(tài)特性曲線。每條曲線在接力器行程10-90的范圍內，測點不少于8點。分別設定bp=4、6進行檢測。4.1.2、數(shù)字調節(jié)器PID參數(shù)動態(tài)特性檢測（包含電電液轉換器動態(tài)特性檢測）4.1.2.1、調節(jié)器KP開環(huán)參數(shù)檢測（1）試驗條件及要求蝸殼未充水，調速器處于自動運行方式；切除人工死區(qū)，或置死區(qū)為0.05Hz(必須記錄，并驗證當頻率階躍信號越過0.05Hz后，調速系統(tǒng)對頻差的計算方式)，頻率給定為額定值；機組模擬并網(斷路器位置信號短接)，使用導葉給定使主接力器處于試驗所需要的開度處。要求廠家提供調速器傳遞函數(shù)及調節(jié)原理框圖,及發(fā)電狀態(tài)PID運行參數(shù)。（2）試驗方法將bP=0%、Kd=0 、

6、KI =0。KP置于待效驗值,對調節(jié)器加一頻率階躍信號（0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz），記錄頻率改變后導葉接力器行程變化過程曲線、調節(jié)器輸出電壓、電液轉換器輸入信號、電液轉換器輸出信號。(1) Kp= 4 、KI= 0 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(2) Kp= 8 、KI= 0 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(3) Kp= 12、KI= 0 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）其中一組為運行參數(shù)4.1.2.2、調節(jié)器KI開環(huán)參數(shù)檢測（1）試驗條件及要求蝸殼未充水，調速器處于自動運行方式；切除人工死區(qū)，或

7、置死區(qū)為0.05Hz(必須記錄，并驗證當頻率階躍信號越過0.05Hz后，調速系統(tǒng)對頻差的計算方式)，頻率給定為額定值；機組模擬并網(斷路器位置信號短接)，使用導葉給定使主接力器處于試驗所需要的開度處。要求廠家提供調速器傳遞函數(shù)及調節(jié)原理框圖,及發(fā)電狀態(tài)PID運行參數(shù)。（2）試驗方法將bP=0%、Kd=0 、KP =0、KI置于待效驗值,對調節(jié)器加一頻率階躍信號（0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz），記錄頻率改變后導葉接力器行程變化過程曲線、調節(jié)器輸出電壓、電液轉換器輸入信號、電液轉換器輸出信號。(1) Kp= 0 、KI= 3 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(2

8、) Kp= 0 、KI= 6 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(3) Kp= 0、KI= 9 、Kd=0 f=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）其中一組為運行參數(shù)4.1.2.3、Kd開環(huán)參數(shù)檢測（1）試驗條件蝸殼未充水，調速器處于自動運行方式；切除人工死區(qū)：或置死區(qū)為0.05Hz(必須記錄，并驗證當頻率階躍信號越過0.05Hz后，調速系統(tǒng)對頻差的計算方式)，頻率給定為額定值；機組模擬并網(斷路器位置信號短接)。（2）試驗方法將bP=0%、KP(或bt)置于最小值，KI置于最小值（或Td最大值），Kd(或Tn)置于待效驗值,對調節(jié)器使加一頻率階躍信號（0.25H

9、z、0.5Hz、0.75Hz），記錄頻率改變后導葉接力器行程變化過程曲線、調節(jié)器輸出電壓、電液轉換器輸入信號、電液轉換器輸出信號。(1) Kp= 0 、KI= 0、Kd= 1 、df=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(2) Kp= 0、 KI= 0 、Kd= 3 、df=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）(3) Kp= 0、 KI= 0 、Kd= 10、df=(0.25Hz、0.5Hz、0.75Hz）4.1.2.4、Kp、KI、Kd開環(huán)參數(shù)檢測（1）試驗條件蝸殼未充水，調速器處于自動運行方式；切除人工死區(qū)：置增益為整定值，頻率給定為額定值；機組模擬并網(斷路器位置信號短接)。

10、（2）試驗方法由調速器測試儀給調速器提供額定的機頻輸入信號，以開度給定將導葉接力器調整到50行程附近。用調速器測試儀改變機組輸入頻率（0.25Hz、0.5Hz），記錄頻率改變后導葉接力器行程變化過程曲線、調節(jié)器輸出電壓、電液轉換器輸入信號、電液轉換器輸出信號。試驗在不同的調速器P1D參數(shù)組合下進行, bP=0%(最小值), 切除人工死區(qū)，或置死區(qū)為0.05Hz(必須記錄，并驗證當頻率階躍信號越過0.05Hz后，調速系統(tǒng)對頻差的計算方式)。(1) Kp= 8 、KI= 3、Kd= 1 、df=(0.25Hz、0.5Hz）(2) Kp= 8 、KI= 4 、Kd= 5 、df=(0.25Hz、0.

11、5Hz）(3) Kp= 12 、KI= 4 、Kd= 10 、df=(0.25Hz、0.5Hz）4.1.2.5、Kp、KI、Kd閉環(huán)參數(shù)檢測（1）試驗條件蝸殼未充水，調速器處于自動運行方式；切除人工死區(qū)：置增益為整定值，頻率給定為額定值；機組模擬并網(斷路器位置信號短接)。（2）試驗方法由調速器測試儀給調速器提供額定的機頻輸入信號，以開度給定將導葉接力器調整到50行程附近。用調速器測試儀改變機組輸入頻率（0.25Hz、0.5Hz），記錄頻率改變后導葉接力器行程變化過程曲線及調節(jié)器輸出電壓。試驗在不同的調速器P1D參數(shù)組合下進行, bP=4%, 切除人工死區(qū)，或置死區(qū)為0.05Hz(必須記錄，并

12、驗證當頻率階躍信號越過0.05Hz后，調速系統(tǒng)對頻差的計算方式)。(1) Kp= 4 、KI= 3 、Kd= 1 、df=(0.25Hz、0.5Hz）(2) Kp= 8 、KI= 4 、 Kd= 5 、df=(0.25Hz、0.5Hz）其中一組為帶負荷運行參數(shù)4.1.3、 接力器關閉與開啟特性（開度給定擾動試驗）試驗條件蝸殼未允水，調速器處于自動運行方式，切除人工死區(qū)（置0），或置死區(qū)為0.05Hz，頻率給定為額定值，機組模擬并網(斷路器位置信號短接)。試驗在不同的調速器PID（二至三組）參數(shù)組合下進行。(1) Kp= 4 、KI= 3 、Kd= 1 、bp=4% 、 dY=(50%-60%-

13、40%）;(2) Kp= 4 、KI= 4 、Kd= 5 、bp=4% 、 dY=(50%-60%-40%）;(3) Kp= 8 、KI= 2 、Kd= 5 、bp=4% 、 dY=(50%-60%-40%）。4.1.3.1 、接力器全關全開試驗 試驗方法將開度限制機構置于全開位置，在自動方式下實測接力器全開、全關過程。(1) 進行接力器指令10%90-10%大階躍(2) 操作緊急停機電磁閥動作或復歸，截取記錄接力器在10%-90%行程之間線性過程移動。4.1.3.2導葉給定階躍試驗將開度限制機構置于全開位置，將接力器開到30，進行導葉給定階躍試驗，階躍量分別為正負1，2，5，10以及30。各

14、階躍試驗重復1次。將開度限制機構置于全開位置，將接力器開到50，進行導葉給定階躍試驗，階躍量分別為正負1，2，5，10，20以及50。各階躍試驗重復1次。將開度限制機構置于全開位置，將接力器開到80，進行導葉給定階躍試驗，階躍量分別為正負1，2，5，10，20。各階躍試驗重復1次。將開度限制機構置于全開位置，進行導葉給定階躍試驗，階躍量分別為正負1，2，5，10，20，30%，40%，50%，60%，70%，80%，90%，100%。4.1.3.3 接力器反應時間常數(shù)測定試驗方法：(1) 調速器開關機時間整定為設計值后，調速器切手動，切除導葉反饋，將副環(huán)Kp參數(shù)設為定值，Ki值置為0。將接力器

15、行程調整到50%附近。(2)逐次改變開度給定值1%、3%、5%、8%、10%、15%（據(jù)主配壓閥位移響應情況定階躍量），分別采集主配壓閥位移和導葉接力器動作位移。 (3)測出主配壓閥位移與相應接力器平均速度，將位移及速度量換算為相對值，繪制關系曲線，求出接力器反應時間常數(shù)。(4)調速器手動運行，恢復調節(jié)參數(shù)。4.1.4、人工頻率死區(qū)檢查校驗試驗方法：(1) 在機柜端子上加50Hz穩(wěn)定信號，模擬并網信號，手動接力器行程穩(wěn)定于約50%附近，調速器模擬機組并網帶負荷工況，自動開度模式運行，人工頻率死區(qū)置為：Ef=0.1Hz。(2) 使頻率給定發(fā)生階躍擾動，擾動量為0.2Hz、0.22Hz、0.3Hz

16、記錄接力器行程的變化過程以及調速器人工頻率死區(qū)設定值。(3) 接力器行程穩(wěn)定于約20%附近，將人工頻率死區(qū)Ef= 0.05Hz，以0.01Hz步長將機頻由50HZ逐次降到49.8HZ，穩(wěn)定后返回50HZ ；然后再由50 HZ逐次加到50.2HZ，穩(wěn)定后返回。測出在設定頻率死區(qū)下導葉接力器的開度與頻率的關系，計算其實測值與誤差值。4.2、 動態(tài)態(tài)試驗4.2.1、機組帶負荷試驗4.2.1.1 機組動態(tài)擾動試驗試驗條件：1、調速系統(tǒng)其它各項動態(tài)試驗驗收已完畢。2、機組具備變負荷條件，同時機組運行穩(wěn)定。試驗方法：(1) 將調速器參數(shù)設置為如下值： Kp=4、Ki=3、Kd=1、Ef=0.05Hz（備注

17、：此參數(shù)為機組最終一次調頻參數(shù)也就是負載參數(shù)了） a:在當前水頭下 50額定負荷下動態(tài)擾動試驗：1） 機組穩(wěn)定運行于當前水頭下50%額定負荷，將調速器開度控制模型運行，“一次調頻功能”開關投入。2） 確認機組穩(wěn)定運行，各項安全措施均已到位的情況下，逐次改變調速器頻率給定值（或模擬機組頻率信號，下同），變化過程為正負0.15Hz、0.25Hz測試記錄每一次擾動過程。調速器機旁一直有人監(jiān)視，以便異常工況下調速器切手動。3） 將調速器“一次調頻功能”開關斷開，切換為功率模式自動運行。重復本項試驗步驟2。 b:在當前水頭下 80額定負荷下動態(tài)擾動試驗：（2）將調速器參數(shù)設置為如下值： Kp=8、Ki=

18、4、Kd=5、Ef=0.05Hz（具體參數(shù)依據(jù)靜態(tài)擾動確定） a:在當前水頭下 50額定負荷下動態(tài)擾動試驗：1） 機組穩(wěn)定運行于當前水頭下50%額定負荷，將調速器開度控制模型運行，“一次調頻功能”開關投入。2） 確認機組穩(wěn)定運行，各項安全措施均已到位的情況下，逐次改變調速器頻率給定值（或模擬機組頻率信號，下同），變化過程為正負0.15Hz、0.25Hz測試記錄每一次擾動過程。調速器機旁一直有人監(jiān)視，以便異常工況下調速器切手動。3） 將調速器“一次調頻功能”開關斷開，切換為功率模式自動運行。重復本項試驗步驟2。 b:在當前水頭下 80額定負荷下動態(tài)擾動試驗： 重復上述a項內容。4.2.2、水輪發(fā)

19、電機組全負荷輸出特性試驗水電機組功率輸出與導葉開度呈非線性關系。為消除這種非線性對應關系在穩(wěn)定計算中的影響，求水輪發(fā)電機組全負荷輸出特性，取用分段線性模型來描述，以盡可能減少種非線性對應關系在穩(wěn)定計算中的影響。機組在額定水頭下，確認機組穩(wěn)定運行，各項安全措施均已到位的情況下，改變調速器開度從空載開度增加到額定負荷開度，按測點（8-10點）記錄機組接力器開度及機組有功功率。備 注：金安橋水電站在機組投運期間，如因電廠水頭未達到額定水頭，而導致至機組無法帶到額定負荷，則在電廠運行水頭達到額定水頭后安排一次動態(tài)向應檢測試及負荷-開度關系試驗曲線。4.2.3機組甩負荷試驗試驗條件：機組運行正常，調節(jié)控

20、制系統(tǒng)穩(wěn)定，其它各項動態(tài)試驗均已完成。試驗方法：1） 機組先甩25%的額定負荷，測試記錄試驗過程、試驗現(xiàn)象，確定沒有問題后再進行下一次試驗。2） 機組再甩50%、75%及100%額定負荷，測試記錄試驗過程、試驗現(xiàn)象。3） 每次甩負荷時，機組帶相應的穩(wěn)定負荷，調速系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。5、試驗測點布置：（需廠家配合確定開出量）5.1電網頻率：PT二次側信號5.2機組頻率：PT二次側信號5.3頻率偏差：調速系統(tǒng)AO輸出信號5.4主環(huán)PID輸出：調速系統(tǒng)AO輸出信號5.5比例閥指令給定：調速系統(tǒng)AO輸出信號5.6比例閥反饋輸出：調速系統(tǒng)AO輸出信號5.7主配壓閥位移：調速系統(tǒng)AO輸出信號5.8接力器行程：調速系統(tǒng)AO輸出信號5.9導葉開度：調速系統(tǒng)AO輸出信號或加裝行程轉感器5.10渦殼壓力：壓力變送器5.11尾水壓力：壓力變送器5.12機組功率：功率 變送器6、試驗安全措施6.1、參加試驗人員必須遵守電業(yè)安全工作規(guī)程。試驗前，現(xiàn)場試 驗負責人應向參加試驗人員交代安全注意事項。試驗過程中，參加試驗人員須服從統(tǒng)一指揮。6.2、所有設備運行操作由運行值班人員執(zhí)行，參加試驗人員嚴禁操作運行設備。6.3 靜態(tài)試驗時需由