华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂666100
摘要:频率信号是水轮机调速器控制系统基本的输入量,其质量的好坏将直接影响发电机组电能质量及机组同期并网。景洪电厂选用的调速器系统为Woodward调速器MicroNetPlus控制系统。频率信号为两路齿盘测速及一路电压互感器残压测频信号（PT残压测频）。我厂调速器系统在转速≤95%Ne时以齿盘测速为基准，并网后以PT残压测频信号为基准。但由于齿盘测速和PT残压测频都存在各自优缺点，本文主要基于两种测速测频原理结合我厂实际进行简要分析。
关键词：调速器；齿盘测速；电压互感器残压测频
一、调速器系统简介
调速器系统是水轮发电机组的重要部件，主要功能为：机组开停机控制、事故停机、频率控制、有功控制等。其作用十分重要，将直接影响机组的安全与效率以及电能质量、同期并网等。在调速器系统中最重要的输入量即为机组转速，我厂调速器系统通过齿盘测速以及PT残压测频两种方式将机组转速输入到调速器控制模块以对机组导叶开度进行控制。故对转速测控装置要求较高，其测量精度、准度都有严格要求。
二、齿盘测速及残压测频工作原理
1.齿盘测速工作原理。景洪电厂齿盘测速传感器采用的是非接触式接近开关，其与齿盘边缘距离应保持２～３ｍｍ，并与齿盘边缘垂直。接近开关将一高速脉冲信号送入齿盘测速模块，将测频信号转换成１６位的二进制数值，再通过测频模块内部的编码器输入给ＰＬＣ由特殊的高速计数模块完成频率值的换算。齿盘测速的测频范围为0～100Ｈｚ，精度０．０1Ｈｚ，我厂齿盘为160齿永磁钢直接吸合在大轴上。可参看右图。
2.残压测频工作原理。机组残压信号取自发电机出口端ＰＴ，ＰＴ信号经隔离变压器输入后，再经过滤波、放大、整形，将交流信号变成方波信号后输入调速器内的高速计数模块。当发电机未加励磁时，只要机组转速达到额定转速，由于发电机转子上的剩磁即可使定子绕组中产生残余电压，从而使ＰＴ有电压输出。
PT残压测频原理图
三、齿盘测速以及PT残压测频存在的优缺点及常见解决方案
1.齿盘测速的优缺点
齿盘安装在发电机组大轴上，速度信号直接从水轮机的转动轴上获取，是一种理想的速度输入信号。该信号不受发电机残压的限制，也不受非周期杂波的干扰，比PT信号具有更高的可靠性，另外，齿盘测速装置还具有蠕动检测功能。但齿盘测速也存在着一下缺点：
（1）由于加工精度的局限性，齿盘上齿与齿之间的距离不可能完全相等，或者说齿距不可能完全均匀，这就导致齿盘测速手加工精度影响不能很好的模拟出机组真实转速，存在一定的误差。
（2）水轮发电机主轴的摆动。主轴的摆动使齿盘相对测速探头的中心发生偏移，这种相对运动会产生低频振荡信号，并叠加到机组转速信号上。
B图
B图说明了主轴的摆动怎样产生速度干扰信号，假设齿盘以额定转速旋转，由于主轴的摆动，机组每旋转一周，导致齿盘中心以一定的速度A变动，当主轴中心（变化的）的速度与主轴的速度方向一致，速度传感器所测到的速度B=D+额定转速，当主轴中心（变化的）的速度与主轴的速度方向相反，速度传感器所测到的速度C=－E+额定转速，对于速度传感器来说，会认为这样的变化是机组实际速度的变化。
综上所述,以上缺点都将造成测频信号不稳定,当信号波动范围超出规程或设计要求时,引起调速器主配压阀的周期性跳动或抽动。尤其是当机组处于震动区域运行时，机组震动较大造成齿盘测速误差较大，调速器来回动作导叶将加剧机组震动，形成恶性循环，甚至导致机组振摆保护误动作。
2.齿盘测速缺点常见解决方案
（1）主轴的震动使齿盘对测速探头的中心发生偏移,这种相对运动会产生低频振荡,这就要求我们在安装齿盘和测速探头时必须按照工艺要求安装,使用专屏蔽线,并尽可能减小偏差以提高测量精度。
（2）主轴的摆度影响脉冲信号的接收,这就要求我们在安装过程中,应注意齿盘中心与机组轴线在同一轴心上,即同心度越小越好。
3.PT残压测频优缺点
机组残压信号取自发电机出口端ＰＴ，PT残压测频具有以下优点精确度较高、成本低、安装简单等特点，现国内大多发电机组都装有残压测频装置。但残压测频也存在着以下缺点：
（1）当机组首次开机或者停机时间较长开机的情况下由于发电机转子无残压，则PT残压测频不能测到机组转速。
（2）由于发电机组PT信号经过滤波、放大、整形等元件处理，其品质将受以上元件影响。
（3）当主机电制动投入时，PT残压测频不能满足机组要求，由于PT残压测频信号源取自发电机的出口电压互感器，当发电机为额定电压时，电压互感器输出100V，当发电机没加励磁时，因发电机剩磁而造成的残压也能使电压互感器大约有几伏的电压输出。对于采用电制动的机组，定子三相短路后，电压互感器上没有电压，频率信号也就没有了，则机组开停机自动程序就不能按程序动作，不能保证电制动的需要。
4.PT残压测频缺点常见解决方案
（1）对于机组首次开机以及长时间备用未开机的情况，PT残压测频由于装置原理限制不能有效解决，普遍的解决方案为在机组开机时机组转速信号以齿盘测速为主，这样能很好的解决由于PT残压测频装置原理造成的缺陷。
（2）由于电制动技术在实际运用中较少，针对电制动过程中PT残压测频不能有效输出信号的问题，常见的处理方案为：加装一次电流互感器产生测频信号，当电制动投入时，定子三项被短路后虽然没有电压，但由于转子由制动装置加入了较大的恒定直流电流，定子线圈感应出的短路电流确实比较大的，在这个电流互感器二次绕组接一个适当容量、适当阻值的电阻R.根据电学原理，电流互感器二次绕组的电流流过电阻R后，电阻R两端就是一个压降，用这个电压降作测频信号，其频率也是遵循n=60f/p的规律与机组转速成正比例关系。测速装置获取这个频率信号后，可转化成转速信号，供机组电制动停机流程使用。同理也可加装二次电流互感器产生测频信号装置，此方案选择一个低压电流互感器串接在发电机电流互感器二次回路中，优点是安装容易、费用低，电压低更为安全。
四、齿盘测速和PT残压测频在我厂的实际运用以及存在的问题
我厂调速器系统分别配有齿盘测速装置以及PT残压测频装置，齿盘测速装置安装于水轮机室大轴上，整个齿盘总共160齿，分别装有3个探头输出6路信号，两路信号输出到调速器电器柜内的转速测控装置，两路信号输出到调速器机械柜内的转速测控装置，还有两路信号输出到计算机监控现地柜(LCU)将信号转送监控。PT残压测频信号取自于出口电压互感器，将4路信号分为两组分别输出到调速器电器柜转速测控装置以及调速器机械柜转速测控装置。当机组开机时调速器控制系统以齿盘测速信号为基准，当转速≥95%Ne时以PT残压测频信号为基准。
目前我厂根据多年的实际运用经验中此配置方案较为稳定且能够很好的满足机组要求，但每年机组检修时由于检修水导油盆需将齿盘测速装置拆下，每次回装都工艺要求较高，出现过数次因安装工艺水平不高，造成齿盘转速信号故障，故建议在以后的技改中更换齿盘测速装置的安装位置，互不干扰少拆装。
我厂现行停机流程未加入电制动流程，故在此简要讨论停机流程加入电制动后的相关问题，在机组停机流程中加入电制动，将造成PT残压测频信号消失，虽然此时齿盘测速系统任能将转速信号输出到转速测控装置，但由于齿盘测速的相对滞后性，将影响停机流程，本文前面以说明可在电流互感器加装转频装置解决此问题，在此新加装的电流互感器侧频装置也可将其信号在机组正常运行时输出到调速器控制系统，将提高测速系统稳定性与精确性。
五、总结
通过对齿盘测速及PT残压测频原理及在我厂实际运用的分析，我厂测频测速配置能够很好的满足机组要求，但也存在一些小问题，力争在下次检修期进行相关技术改造，将测速系统做到完美。