武汉三联水电控制设备有限公司
4.3 比例数字式冗余调速器 4.3.1 产品简介
比例数字式冗余可编程控制水轮机调速器，是三联公司将大中小型调速器中取得的丰富经验移植、优化而开发出来的新一代调速器；适用于大中型混流式、轴流式、贯流式水轮发电机组的自动调节与控制。本系列调速器的额定工作油压为2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa，主配压阀直径为80mm、100mm、150mm、200mm、250 mm。它能使水轮发电机组在各种工况下稳定运行，可实现机组的自
动或手动开、停机，并网运行，调节机组负荷，事故紧急停机等。
机械部分主要包括冗余电液转换机构、机械手动操作机构、引导阀、主配压阀、紧急停机电磁阀组成无明管、静态无油耗的脉宽、脉幅脉宽的控制型式。
PSWT型为单调节型。只有导叶控制部分,PSW（S）T型为双重调节型，具有导叶控制和桨叶控制两部分，二者之间由电气协联。机械部分不设协联装置，二者原理和结构基本相同。其中导叶控制部分具有紧急停机装置，并可根据用户要求提供分段关闭装置。而桨叶控制部分没有紧急停机装置和分段关闭装置。
其工作原理如下：
电信号与接力器位置反馈信号在综合放大器内比较并放大，放大器输出模拟量（-10V～10V）信号使比例阀产生与其成比例的位移，由于电液转换器与引导阀直接连接，而数字阀控制的时候是由放大器输出脉冲信号到高速数字球阀，改变油路来推动引导阀动作，引导阀同时产生位移并通过液压放大器使主配压阀活塞也产生相应的位移，主配压阀因此向主接力器配油并使之移动，直到主接力器位置信号与电气的信号数值相
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等为止。
4.3.2 系统结构
1）结构说明
机械部分主要包括两套互为热备用的电液转换机构、机械手动操作机构、自动复中装置、主配压阀、紧急停机电磁阀等组成无明管、无杠杆、静态无油耗、切换无扰动、直连结构型的机械液压随动系统。
机械部分由比例伺服阀＋数字阀＋机械手动组成机械冗余结构。比例伺服阀以及数字阀都起电液转换作用，将电气信号变成接力器行程，当比例伺服阀转换器作为主用时，数字阀转换器作为备用，也可以作为机械手动。当数字阀作为主用时，比例伺服阀转换器作为备用，如果电气控制部分检测到作为主用的电液转换环节出现卡阻拒动时，电气部分将自动切换到另一路电液转换环节。
随着液压技术的发展，高速数字球阀成为近年来液压传动领域中发展起来的一种新的液压元件，它具有工作压力高，密封性能好，换向频率高（≤3ms），可靠性高，寿命长。
它采用钢球线接触形式密封，抗油污和防卡能力强它是一般先导控制和小功率液压控制回路最理想的元件。因此用它作为前置级控制的调速器机械液压系统由三联公
司在98年率先推出，并获得国家专利，它采用非线搭叠窗口和脉冲补偿的结构，无油压冲击，动作平稳可靠。
采用全数字高速电子球阀组成机械液压系统的手动或
者自动的前置级，高速电子球阀可实现手动调节和自动控制。其速动性好、机械防卡性能好、对油质要求低、油过滤>140μ，静态无油耗、无机械零位调整和飘移。性能可靠、死区小、灵敏度高、安装调试方便、免维护。
将比例阀伺服阀与高速数字球阀容于一体，它的最大特点就是实现了机械液压系统
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前置级的冗余容错控制，两者间可互为手、自动，一般调速器的机械液压系统普遍采用自动运行方式和手动运行方式。而机械手动一般用在电气事故、停电、电液转换环节故障、试验、大修后第一次开机等工况，使用率非常低，而且需要人为监护操作，难以准确定位，操作很不方便。
所以我们将机械手动改为数字球阀来实现开、关机操作，它不但可以用高速数字球阀上的手动按钮实现人为操作，也可以用电流信号来进行自动控制，以及远方操作，实际上它也是一个电液转换环节。
2）电液转换环节
主要性能满足本技术规范要求中的调速系统性能指标要求，具有良好的抗油污能力。 （1） 德国BOSCH比例伺服阀；
德国HAWE高速数字球阀， 型号：DC-C400MM，工作电源；DC24V 1.2A。 滞环 <0.2% 重复性 <0.1%
阶跃信号调节时间<10ms 响应频宽20～70Hz
（2）机械部分具有以下几种操作方式： 比例阀伺服阀自动，高速数字球阀为备用方式
当电气检测到比例阀伺服阀电转出现故障，包括断线、控制环节故障等，自动将数字球阀作为自动方式运行。
高速数字球阀自动，比例阀伺服阀备用方式
当电气检测到数字球阀出现故障，包括断线、控制环节故障等，自动将比例阀伺服阀作为自动方式运行，数字球阀作为备用运行方式。
（3）机械手动方式
由高速数字球阀上的手动操作按钮构成的机械手动满足黑启动和黑操作的手动运行要求。
因此这种冗余容错的机械液压系统将传统的机械手动操作赋予一个全新的概念和功能，实现了引导阀的位移控制和流量控制(比例阀伺服阀是位移控制，数字球阀是流量控制)，两者之间既可人为选择，也可由电气自动切换。
PSW（S）T调速器额定工作油压为2.5 Mpa 、4.0 Mpa 、6.3Mpa，导叶接力器的全关和全开时间3～100s范围内独立可调。并采用双螺母互锁和两螺钉固定的方式锁定接力器开启和关闭时间的整定值，安全可靠，一经调定不会改变。
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五 调速器的调试步骤
5.1 通电检查
试验条件：电气控制柜配线完成。
根据图纸检查柜内配线正确无误，端子外接线正确。检查工作电源和供电回路。 AC220V、DC220V（或DC110V）回路配线不得与DC24V、DC±12V、AV5V回路串接，否则会损坏元器件。
5.2 试验准备工作 5.2.1 接力器的反馈调整
试验条件：电气控制柜接入工作电源；电气柜到机械柜的配线完成；接力器与调速器连接油路配管完成；调速器油压装置具备工作压力。
接力器反馈调整的目的是使电气采集数据换算后能够准确反映接力器的实际位置，而导叶位置反馈是调速器调节系统重要的调节依据。
我们生产的通用型导叶位置传感器利用用两个电位器组合把位移转化为电压信号，输入到AD转换模块转换为接力器的位置数据。原理如下图，电位器1为反馈增益调整，电位器2输出反映接力器位置，调整反馈零点。 输出+15V电位器 2 具体方法是： a 开、关接力器，确认反馈接线正确，观察导叶反馈值变化是否与动作相符。若指示与运动方向相反，把电位器2的1、3两脚互换。
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b 机手动把接力器全关，松开电位器2与接力器的连接。调整反馈电位器2，使电位器2的2脚输出电压在0.08～0.15V，固定电位器2与接力器的连接，使电位器输出可以随接力器的开关相应变化。在触摸屏上导叶反馈调整画面设置测量零点（对应导叶全关时PLC实测值）和显示零点值（0.00%）。调整开度表面板螺丝，使指针指示0.00%位置。
c 手动把接力器全开，调整电位器1使2脚输出在9.85～9.90V之间，在触摸屏上导叶反馈调整画面设置导叶测量增益（对应导叶全开时PLC实测值）和显示增益（99.99%或100%）。调整开度表后电位器，使指针指示在100%位置。
重复b、c操作，观察反馈显示是否正确。
另外采用其他厂家生产的位置传感器则参照说明书进行调整。
5.2.2 开关机时间整定
试验条件：接力器与调速器连接油路配管完成；调速器油压装置具备工作压力；接力器与导水机构连接安装调整结束。
根据设计院或者主机厂家提供的数据，整定最快开关机时间。方法是调整机械开关调整螺母，原理是调整回油油路的节流阀。数字式调速器和步进式以及比例式调速器调整螺母的位置不同（见实物）。
5.2.3 电机反馈调整（仅步进式和比例式）
引导阀带动传感器轴上下移动，改变传感器输出电阻，把位移转换成电压信号输出。 机手动使接力器位于中间任意位置，调整传感器移动轴与引导阀的连接螺母，使传感器输出为4.95V～5.05V之间（若传感器输入为0V—10V）或者0V（对地）左右（传感器输入为－10V—10V）。后来生产的调速器对电压数值无要求，只需调整在一中间位置，原则是满足引导阀所有的行程在传感器的可用范围内，然后在触摸屏上小反馈调整画面设置对应于实际测量值的中间值。
5.2.4 功率反馈调整
一般功率信号采用4～20mA输入，和导叶反馈调整同理设置相应的测量值与显示值。
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