简要信息

【获奖类型】应用二等奖

【任务来源】中国长江三峡工程开发总公司委托

【课题编号】

【课题起止时间】2006年4月～2007年4月

【完成单位】中国水利水电科学研究院    中国长江三峡工程开发总公司

【主要完成人】孔昭年、田忠禄、张建明、刘同安 张治宇

立项背景

在三峡左岸电站完成水轮机控制设备采购招标文件编制后，形成招标工作的三峡左岸模式，招标文件的生搬硬套，使得水轮机控制设备成套引进之风越发强烈，我国大型骨干电站水轮机控制设备行业受到巨大冲击；由于西部水电建设如：溪洛渡，向家坝，乌东德，白鹤滩，虎跳峡等大型骨干电站有数百余套大型水电控制设备配套，若都纷纷跟风，影响国内水电控制设备业的发展。急需扭转其他新建水电站硬搬“左岸模式”造成的负面影响。

受中国长江三峡工程开发总公司委托中国水利水电科学研究出面组织我国水电控制设备专业的资深专家，首先针对右岸地下电站的水轮机控制设备系统结构，于2006年4月至2006年12月31日对我国十九座大型骨干水力发电厂的水轮机控制设备运行情况进行了较全面的调研，专家组超脱于本单位、本部门的局限，站在国家利益高度，客观公正地进行调研、分析，并负责地向委托方提出报告。

详细科学技术内容

（1）调研

被调研的电站机组多是混流式，也有转浆式（含贯流式）和抽水蓄能式水轮发电机组。单机容量大多在200MW以上，或主配压阀直径大于150mm，工作油压4MPa以上，其中进口调速器20台，国产调速器89台。

（2）试验

参加七个水轮机控制设备研发单位的产品出厂试验， 其间专家组还参加了三台三峡右岸电厂水轮机控制设备的出厂试验，二滩水力发电厂水电厂水轮机控制设备改造后评估，由宜昌能达公司完成的岩滩水电厂调速器改造现场测试及“三峡电厂水轮机调速系统重大技术攻关”鉴定验收会议。

（3）分析

针对右岸地下电站的水轮机控制设备系统结构及业主方关心的重要技术问题展开分析并提出具体的解决方案及建议。

发明及创新点

1、全面总结了我国水轮机控制技术取得的巨大技术进步

1）采用国际知名品牌的工业控制机（IPC）或可编程控制器（PLC）或可编程计算机（PCC）作调速器电气柜硬件核心，使我国水轮机调速器电气柜的质量、工艺水平及可靠性达到国际先进水平。

2）大中型机组的调速器大多采用了电子调节器加电液随动系统的结构模式，提高了调速器动态和静态性技术指数。

3）近几年来，在微机调速器中开始采用工业标准液压件，例如采用比例伺服阀作调速器电液转换部件，采用逻辑插装阀作油泵组合阀，分段关闭装置，油压截止阀，事故配压阀，甚至替代主配压阀等，结束了水轮机调节技术长期游离于现代液压技术之外和制约着液压新技术在调速器中应用的不正常局面。

4）采用数控机床中成熟的步进电机、交流伺服电机和直流伺服电机作调速器的电/机转换部件，构成具有我国自己知识产权的用伺服电机控制的水轮机微机调速器新品种，这类调速器具有很强的抗油污能力，机构简单，可靠性高，特别适合油质清洁度难以保证和管理水平不高的水电站使用。

5）调速器工作油压普遍提高，大型水轮机调速器采用4.0MPa和6.3MPa，部份中小型水轮机调速器和水轮机进口阀门工作油压提高到14～16MPa.

6）微型计算机具有强大的运算、记忆、逻辑判断和通讯功能，因而微机调速器具有可以实现许多先进的功能，目前已将与上位机通讯、故障诊断及处理列为必须实现的功能。大多数微机调速器设有手/自动无扰动切换、离线诊断、维护功能和计算机辅助试验功能。除此以外，现代微机调速器还可以实现事故数据记录功能，防错、容错控制功能，死区和零点漂移的动态补偿等先进的功能。

采用触摸式高分辨率的彩色显示屏作人机交互界面，界面友善、内容丰实，便于对调速器的状态监视，参数修改，试验曲线显示等。

7）近年来，由于用交流伺服电机和步进电机式的电/机转换部件被不断完善，实现了失电后自动复中的功能。这种具有自动复中功能的电/机转换器在电液随动系统中直接与主配压阀的引导阀连接，使电/机转换器失电时主配压阀自动复中，提高了随动系统的可靠性；取消设置机械开度限制机构及其杆件传动系统也就成为可能，近年来在我国出现的无杆件和机械开限的调速器已批量投运，其动态和静态性能指标优越。机械液压部分机构的简洁程度已不亚于采用比例阀和液压集成式结构的调速器。

8）我国具有独立知识产权的水轮机调速器试验用实时仿真系统的研制成功并得到普遍应用，该系统可以在试验室阶段、现场蜗壳充水前、后对调速器进行全面检查试验。

9） 积极参加国际电工委员关于水轮机调速器标准的制订工作，提出有价值的建议和意见，引起国际同行的关注；制定了十余种有关水轮机调速器的国家标准、行业标准、企业标准，内容涉及名词术语，型谱，技术规程及试验方法等。在技术标准上较好地实现国际接轨，指导和推动行业的技术发展。

2、提出清晰的国产水轮机控制设备理念

为便于讨论，我们提出的国产化的水轮机控制设备理念为：

1）承认在硬件平台方面的国际差距，采用进口的PCC，PLC或IPC组成微          机调节器及平板PC机；承认我国与先进国家在精密器具上的工艺差距，采用进口的比例阀或步进电机，各类传感器、继电器等；

2）利用完全具有自主知识产权和创新性的应用软件，实现PID调节规律及基本的和特殊相关功能，包括如显示，I/O控制，通信等；

3）控制系统专用的如主配压阀，油泵等部件，均采用国内自己制作的国产        化产品，集成出有特色的符合业主要求的油压装置。

3、提出三峡电站水轮机控制设备分三步走的建议

三峡水轮机控制设备分三步走战略：左岸电厂全套引进，右岸电厂大部分引进，地下电厂实现国产。

4、三峡地下厂房水轮机调速器方案原则

推荐的系统结构方案如下：

1）进口硬件平台，自主开发的具有双微机调节器，双电－机/液变换器，双位置传感器的冗余系统；

2）电气开度限制机构用于调整试验，机组启动及手动操作等；备有纯机械手动，仅在非正常的紧急情况下能开关导叶；

3）用工业平板PC机的彩色触摸屏实现人机界面，应具有显示，人机对话，管理，通讯，存储，试验，事件记录等功能；

4）具有衬套的立式主配压阀，技术上可更稳妥。

5、大型水电控制设备设计及招标中的重要技术建议

专家组在关于水电控制设备的死区I_x和接力器的不动时间T_q指标的确定；电气装置抗电磁干扰试验；水电控制设备液压系统惯性时间的试验及校正；关注重要原件的寿命等多方面均提出了重要技术建议。

与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

这是新中国成立以来首次由大型企业提出并组织我国水电控制设备专业的资深专家针对大型骨干水电站水轮机控制设备系统结构及其实现国产化问题进行研究工作，专家组超脱于本单位、本部门的局限，站在国家利益高度，客观公正地进行调研，并负责地向委托方提出报告。

成果应用情况及社会经济效益

可以预见专家组提出的本报告会将在相当长的时期内推动我国水电站水轮机控制设备领域（含电站设计中水轮机控制设备选型及运行维护、改造）的技术进步，由应用证明可见大型骨干水电站水轮机控制设备实现国产化方面已取得令人欣慰的进展；提出的建议已陆续被采纳；展望承担百万千瓦水轮机控制设备的自主配套及提高我国水轮机控制设备的国际竞争力等各方面，其社会及经济效益非常显著。其社会及经济效益更是非常显著的。

成果转化、推广或产业化方面还需帮助解决的问题

本项目是受中国长江三峡工程开发总公司委托由中国水利水电科学研究出面组织牵头完成的，如能有进一步的经费支持用于宣贯，将会取得更好的社会及经济效益。