CN109737002A - 基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法 - Google Patents

Abstract

基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，将筒形阀开启和关闭的过程，按调节速率划分为若干开度区间，当筒形阀运动到某开度区间后，控制器自动读取调节速率历史记录表，查询当前开度区间里调节速率最慢的接力器，将其设定为基准接力器；筒形阀运动过程中，控制器实时计算出当前开度区间各支接力器的调节速率，比选出最慢接力器；当接力器偏差超过第一偏差设定时，自动更换调节基准接力器；当接力器偏差超过第二偏差设定时，自动启动反向运动控制；当接力器偏差超过第三偏差设定时，自动锁止接力器位置。本发明可根据接力器偏差值的递增而逐级启动第一级至第三极偏差控制，动态调整同步控制的调节基准，自动触发反向纠偏以及锁止保护，避免因单支接力器故障引起的筒形阀失步。

Description

基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法

技术领域

本发明涉及巨型水轮发电机组筒形阀控制技术领域，具体是一种基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法。

背景技术

采用电液同步方式的巨型水轮机筒形阀，由六支接力器及配套的控制元件驱动，每支接力器及其配套的比例阀组成一套独立的小系统。受执行结构自身的特性影响，不同接力器及阀组组成的小系统具有不完全一样的调节特性，且会随比例阀等执行元件性能的改变而变化。

筒形阀的开启和关闭过程可分为初始、中间、末尾三个阶段，初始和末尾阶段的同步调节由比例阀单独调节，即精调；中间阶段由比例阀和同步分流器共同调节，即粗调。比例阀同步调节的原理为：采用接力器位移作为调节基准，以接力器位移相对偏差值作为输入量，经PID计算后输出控制信号调节比例阀的开度，进而达到控制接力器腔体内进油量的目的。

现有的筒形阀控制技术普遍采用固定调节基准的调节方式，通过定期试验，人为计算出调节性能最慢的接力器，并在控制程序内预置调节基准。筒形阀运动过程中始终以某一接力器位移或多支接力器的平均位移为基准计算偏差，根据偏差值输出调节指令。当油路异常或接力器性能改变导致其运动速率发生改变后，控制器不能实时做出调整，导致偏差不能被及时修正，筒形阀失去同步，退出运行。此时，需通过排油泄压等方式进行手动纠偏，不仅降低了设备可靠性，影响机组并网发电，而且耗时费力，增加了维护成本。

发明内容

本发明提供一种基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，该控制方法可根据接力器偏差值的递增而逐级启动第一级至第三极偏差控制，动态调整同步控制的调节基准，自动触发反向纠偏以及锁止保护，避免因单支接力器故障引起的筒形阀失步。

本发明采取的技术方案为：

基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，包括以下步骤：

步骤1：将筒形阀开启和关闭的过程，按调节速率划分为若干开度区间，当筒形阀运动到某开度区间后，控制器自动读取调节速率历史记录表，查询当前开度区间里调节速率最慢的接力器，将其设定为基准接力器；

步骤2：筒形阀运动过程中，控制器实时计算出当前开度区间各支接力器的调节速率，比选出最慢接力器，更新数据至历史记录表；

步骤3：当接力器偏差超过第一偏差设定时，自动更换调节基准接力器；

当接力器偏差超过第二偏差设定时，自动启动反向运动控制；

当接力器偏差超过第三偏差设定时，自动锁止接力器位置，停止执行自动控制命令，解锁手动纠偏控制方式，仅允许手动方式小位移操作单支接力器。

本发明一种基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，可根据接力器偏差值的递增而逐级启动第一级至第三极偏差控制，动态调整同步控制的调节基准，自动触发反向纠偏以及锁止保护，避免因单支接力器故障引起的筒形阀失步。

附图说明

图1为全开筒形阀过程中某支接力器位移与速率曲线图。

图2为筒形阀三级偏差同步控制原理框图。

图3为动态调整调节基准原理框图。

图4为反向运动纠偏原理框图。

具体实施方式

基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，包括以下步骤：

步骤1：将筒形阀开启和关闭的过程，按调节速率划分为若干开度区间，当筒形阀运动到某开度区间后，控制器自动读取调节速率历史记录表，查询当前开度区间里调节速率最慢的接力器，将其设定为基准接力器。

控制器采用施耐德MODICON Premium系列PLC，CPU型号：TSX P57 304M。

步骤2：筒形阀运动过程中，控制器实时计算出当前开度区间各支接力器的调节速率，比选出最慢接力器，更新数据至历史记录表。

步骤3：当接力器偏差超过第一偏差设定时，自动更换调节基准接力器。

当接力器偏差超过第二偏差设定时，自动启动反向运动控制。

当接力器偏差超过第三偏差设定时，自动锁止接力器位置，停止执行自动控制命令，解锁手动纠偏控制方式，仅允许手动方式小位移操作单支接力器。

步骤1中，动态实时选择以调节速率最慢接力器为位移参考基准，可避免因个别调节元件速率过快导致失步，最大程度保证筒形阀运动的平衡性。

步骤2中，控制器在控制筒形阀运动的同时，能实时计算当前开度区间的调节速率，通过调节基准比选，自动更新当前开度调节速率最慢的接力器记录。

步骤3中，当接力器位移偏差超过设定的第一级偏差限值后，控制器将自动更换调节基准，将调节速率最慢接力器设定为参考接力器；

当接力器位移偏差超过设定的第二级偏差限值后，控制器将控制筒形阀自动停止当前方向运动，并向相反方向运动设定的距离，待偏差消除后，再继续向原方向运动；若偏差仍不能消除，控制器将再次反向控制，直至达到设定次数上限或消除偏差。

步骤1中，采用最慢基准原则：控制器在操作筒形阀的初始阶段自动查表，设定调节速率最慢的接力器为参考基准。

步骤2中，计算调节速率，是指在筒形阀运动过程的不同开度区间，根据单位时间内筒形阀各支接力器的位移量，分别计算出各接力器的调节速率。

步骤2中，调节基准比选，是指通过横向比较、纵向对比选出当前开度区间的最慢接力器。

步骤3中，第一级偏差控制为变更调节基准纠偏，包括：根据偏差大小动态修改基准接力器编号，将当前调节速率最慢的接力器设定为基准接力器，并输出报警事件报告基准接力器的变化。

第二级偏差控制为反向调节纠偏，偏差大小自动启用规定次数内的反向运动，促使筒形阀回到平衡状态。

第三级偏差控制为发卡锁止保护，偏差过大，筒形阀面临卡死风险时，控制筒形阀停止运动并解锁手动纠偏模式。

实施例：

1：划分开度区间。根据筒形阀的运动特性以及录得的接力器位移曲线，如图1所示。可知：筒形阀在起始阶段运动速率小、波动大，中间阶段运动速率较大，在均值附件波动。

据此，可将筒形阀开、关过程分别划分为4个开度区间，如下表：

表1开度区间划分

开过程	[0-1％]	[1％-2％]	[2％-99％]	[99％-100％]
					关过程	[100-99％]	[99％-98％]	[98％-1％]	[1％-0]

2：调节速率计算与比选。因基准接力器的评判依据是接力器运动的相对速率，因此，可以单位时间内接力器的位移简化计算，以100ms为周期，计算6支接力器在当前周期内的位移量δ，筛选出位移量最小的接力器，即为当前开度区间当前周期内的最慢接力器。

3：设计最慢接力器历史记录表。在所处开度区间[m％-n％]，以100ms为周期，记录当前周期T₀及T_-5至T_-1周期内最慢接力器的编号N₀～N_-5，并依据比选规则更新当前开度区间内最慢接力器的编号N_st。

其中，当前开度区间内最慢接力器N_st需同时满足以下两个条件：

(1)近6个周期内至少有4个周期均为最慢；(2)为当前周期里最慢。

表2最慢接力器历史记录表

开度区间

周期

T<sub>0</sub>

T<sub>-1</sub>

T<sub>-2</sub>

T<sub>-3</sub>

T<sub>-4</sub>

T<sub>-5</sub>

T<sub>6</sub>

[m％-n％]

编号

N<sub>0</sub>

N<sub>-1</sub>

N<sub>-2</sub>

N<sub>-3</sub>

N<sub>-4</sub>

N<sub>-5</sub>

N<sub>st</sub>

4：三级偏差控制。如图2所示，筒形阀运动开始后，控制器将查表读取所处开度区间的最慢接力器编号N_st，将其设定位调节基准。运动过程中，当接力器偏差超过第一偏差设定时，自动更换调节基准接力器，将当前开度区间内最慢接力器Nst置为参考基准，继续原方向运动，见附图3；当接力器偏差超过第二偏差设定时，自动启动反向运动控制，记录运动方向及反向次数，直至偏差消除或达到最大反向次数，见附图4；当接力器偏差超过第三偏差设定时，自动锁止接力器位置，停止执行自动控制命令，解锁手动纠偏控制方式，仅允许手动方式小位移操作单支接力器。

Claims (8)

1.基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：将筒形阀开启和关闭的过程，按调节速率划分为若干开度区间，当筒形阀运动到某开度区间后，控制器自动读取调节速率历史记录表，查询当前开度区间里调节速率最慢的接力器，将其设定为基准接力器；

步骤2：筒形阀运动过程中，控制器实时计算出当前开度区间各支接力器的调节速率，比选出最慢接力器，更新数据至历史记录表；

步骤3：当接力器偏差超过第一偏差设定时，自动更换调节基准接力器；

当接力器偏差超过第二偏差设定时，自动启动反向运动控制；

当接力器偏差超过第三偏差设定时，自动锁止接力器位置，停止执行自动控制命令，解锁手动纠偏控制方式，仅允许手动方式小位移操作单支接力器。

2.根据权利要求1所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤1中，动态实时选择以调节速率最慢接力器为位移参考基准。

3.根据权利要求1所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤2中，控制器在控制筒形阀运动的同时，能实时计算当前开度区间的调节速率，通过调节基准比选，自动更新当前开度调节速率最慢的接力器记录。

4.根据权利要求1所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤3中，当接力器位移偏差超过设定的第一级偏差限值后，控制器将自动更换调节基准，将调节速率最慢接力器设定为参考接力器；

当接力器位移偏差超过设定的第二级偏差限值后，控制器将控制筒形阀自动停止当前方向运动，并向相反方向运动设定的距离，待偏差消除后，再继续向原方向运动；若偏差仍不能消除，控制器将再次反向控制，直至达到设定次数上限或消除偏差。

5.根据权利要求1所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤1中，采用最慢基准原则：控制器在操作筒形阀的初始阶段自动查表，设定调节速率最慢的接力器为参考基准。

6.根据权利要求2所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤2中，计算调节速率，是指在筒形阀运动过程的不同开度区间，根据单位时间内筒形阀各支接力器的位移量，分别计算出各接力器的调节速率。

7.根据权利要求3所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤2中，调节基准比选，是指通过横向比较、纵向对比选出当前开度区间的最慢接力器。

8.根据权利要求1所述基于三级偏差保护的巨型水轮机筒形阀同步控制方法，其特征在于：步骤3中，第一级偏差控制为变更调节基准纠偏，包括：根据偏差大小动态修改基准接力器编号，将当前调节速率最慢的接力器设定为基准接力器，并输出报警事件报告基准接力器的变化；

第二级偏差控制为反向调节纠偏，偏差大小自动启用规定次数内的反向运动，促使筒形阀回到平衡状态；

第三级偏差控制为发卡锁止保护，偏差过大，筒形阀面临卡死风险时，控制筒形阀停止运动并解锁手动纠偏模式。