智能电液随动系统的关键技术及实现方法

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随着国内水电机组装机容量的快速增加，水力电能对电网供电品质的影响愈显突出，因此，对水电厂的智能化要求也随之提高。调速器作为控制水轮机转速和功率的核心设备，其关键装置电液随动系统的智能化程度直接决定了水电机组的供电质量。本文分析了智能电液随动系统的原理及关键技术，提出了实现电液随动系统的智能化与高可靠性的方法。
近几年，国内水电机组装机容量的快速增加，单机容量的逐渐增大，水电厂的自动化与智能化逐渐提高，并提出了智能化电厂的概念。调速器作为水电厂水轮机控制的核心设备，其智能性对智能化水电厂的稳定与安全有着至关重要的作用。
本文首先从智能电液随动系统的结构入手，分析了智能电液随动系统的基本组成单元与信号接口，然后在目前通用调速器的基础上提出实现智能电液随动系统的关键性技术，提高智能电液随动系统的可靠性。
系统构成智能电液随动系统主要由主配压阀，伺服随动先导系统，智能操作模块，智能数字化传感器。

图1 智能电液随动系统的组成
智能模块接受来自电气控制柜的控制信号，经过综合处理以后驱动伺服比例阀，伺服比例阀作为先导级驱动主配压阀，最终由主配压阀控制接力器开关动作[2]。
信号系统的组成：

• 外部信号包括机组的频率、断路器状态信号、系统油压信号等；
• 反馈信号1为伺服比例阀位置信号；
• 反馈信号2包括主配的位置信号，主配压阀P、T、A、B腔的压力信号，P、T、A、B腔的流量信号；
• 反馈信号3为接力器位置信号；
  

以上反馈信号均来自相对应的智能数字化传感器，带有通讯接口。
相关技术1 冗余控制技术
先导控制级采用双伺服比例阀控制方案，当一套伺服比例阀发生故障时，智能控制模块能无扰动的切换到另外一套的伺服比例阀控制系统，冗余硬件可保证系统的可靠性。
在电气控制柜失效的情况下，智能模块能根据LCU与外部的状态信号，控制导叶接力器，保证机组的出力而不会因为电柜的失效而使系统失去控制，提高了控制系统的相对独立性，从而可保证机组运行的安全性。
2 先进传感器与伺服比例阀
压力、流量、位移传感器采用数字化传感器不但输出常规的电量信号(如4~20mA等)，还能通过自身的通讯接口输出数字量信号与状态信号，提高反馈信号的可靠性。
伺服比例阀为工业级高性能阀件，其性能介于比例阀与伺服阀之间，结合了伺服阀和比例阀的优点，既有伺服阀的高精度高响应性又有比例阀的出力大、耐染能及卡能力强等高可靠性，电磁操作力大，从而解决了液压卡阻的问题。
伺服比例阀的阀芯装备了位置控制传感器反馈，将反馈信号引入电路形成闭环控制。在断电故障时该阀具有“故障保险”位置，保证失电时主配阀芯回复到中位。
3 先进网络通讯技术
智能模块不但具有常规的MODBUS通讯协议，还具有网络通讯功能，支持IEC-61850，通讯基本拓扑结构如下图2所示。机组频率、导叶位置、主配压阀各油腔的流量和压力信号为非电气量信号，通过相信的智能数字化传感器采集到智能模块中，智能模块将相关信息通过GOSS网传递给监控的现地控制系统以及周边设备。
智能模块也可以通过MMS网与后台数据库链接。通过该通讯技术，可以通过网络方式对液压调节系统进行全面控制与监测，提高系统运行的智能性与可靠性。

图2 网络拓扑结构
4 检测及防止主配压阀卡阻的技术
针对调速器主配压阀阀卡的故障检测和伺服阀检测原理相同，主要在主配处于大幅度的调节过程中进行诊断，其诊断原理图如下：

图3 主配卡阻故障检测原理图
伺服比例阀的输入电流来自电气调节柜；主配阀芯行程来自主配阀芯位移传感器；导叶行程来自导叶行程位移传感器；
当主配压阀处于调节状态时，伺服比例阀的输入电流、主配阀芯行程、导叶行程必定组成一个相应的比例关系，如伺服比例阀的正向输入电流越大，主配阀芯开方向行程越大，导叶开方向行程越大，通过该比例关系的比较，设定一个阈值，当三者之间的差值大于阈值，则可判定主配卡阻。
确定主配压阀卡阻后，智能电液随动系统向监控系统报警，监控系统可综合各状态对其进行相应的处理。
5 多方位主配监测技术
目前国内调速器系统对主配的监测主要是主配阀芯位置反馈，智能电液随动系统引入对主配压阀各操作油腔压力、流量状态量，控制腔压力状态的监测，通过操作腔压力的监测可计算出目前导叶接力器的受力状态，可对水轮机导水机构及引水管道的动态特性进行分析，为机组的安全提供有力保障。通过阀口流量分析可知道目前导叶接力器的运动速度等状态。
结语综上所述智能电液随动系统以智能模块为核心，采用先进的智能数字化传感器与先进的伺服比例先导设备保证设备的可靠性。智能模块采用先进的网络通讯技术，提高设备的网络化特性与智能控制特性。智能模块使用模糊控制算法能够迅速判断系统的状态。智能电液随动系统是电液控制系统的一个发展趋势，有助于推动智能调速器的发展。智能电液随动系统是智能化电厂重要的一个环节，同时为智能电网的建设提供支撑。
来源：电气技术