一．前 言
南阳市鸭河门水库第二水电站，1981年并网发电，装机容量为3X3400kW，三台调速器型号均为CT-40机械液压调速器，调速功2400Kgm，额定油压25kg／cm2。调速器作为自动控制最重要设备之一，直接关系着电站的综合自动化程度，由于CT—40调速器系机械调速器，其操作速度慢，调节灵敏度低，不能满足电站信息自动化改造的要求，况且本站引水管道较长，水流惯性时间常数较大，易引起较大的水击现象，改造比较适合使用微机型调速器。
为了贯彻执行水利部水电[2003]170号文件，加快推进农村水电现代化的步伐，鸭河口水库第二水电站于2006年4月完成了水电站微机综合自动化改造．
二．调速器改进方案比较
1．方案一，整体更换CT—40调速器
就是将CT—40调速器整体拆掉，更换为微机型调速器，而目前中小型微机调速器的成熟产品是以PLC为控制核心，步进电机代替电液转换器随动系统，触摸屏为人机界面，其代表产品如YPBT一3000型，BWT-3000型；而流行产品是PLC为控制核心，数字球阀和插装阀标准液压元件组成的电液随动系统，触摸屏为人机界面，其代表产品如(G)LYWT-3000型，SLT-3000型全数字微机调速器；新研制产品是以PCC为控制核心，步进电机或数字阀电液随动系统，触摸屏为人机界面，如YZBT—3000，ZFST型。
上述产品中PLC可编程序控制器均采用进口产品，其控制规律是自适应PID控制规律，除部分厂家的测频精度略有差别以外，其他功能基本相同，步进电机或数字阀电液随动系统各有优缺点，新研制产品PCC可编程计算机控制器，是一种分时多任务操作智能型调速器，其测频是靠PCC完成的，PCC高达6.3MHz的计数频率，具有很高的测频精度和可靠性，而PLC产品是靠独立的单片机完成的，其测量精度不如PCC。调速器油压部分，有高压取代低油压趋势。高油压使得调速器体积变小，重量轻，用油量更小，采用皮囊式高压氮气蓄能压力油罐，使油气隔离，因而油质不宜老化，氮气不宜漏失，运行中不需补气，可节省高压系统，高油压凋速器比较适合用在新建电站。
2．方案二，局部改造CT—40调速器
保留CT—40储油柜，压力油罐，油泵及主接力器，将原机械柜拆除，更换微机型控制柜(电气柜+机械电液随动系统，两柜合一。局部改造的优点在于凋速器整体不动，不需再拆除调速器基础，再重新埋地脚螺栓，不需进行调速器的水平及角度调整，从而减少不必要的麻烦，缩短了安装工期。
针对局部改造也有两种方案，其一采用PLC及步进电机型控制柜，该方案比较成熟，应用较多，已有CT—40改造实例；其二采用PLC及数字阀液压元件(数字球阀与插装阀)组成的控制系统柜；其三采用PCC为控制核心的控制柜，因其为新研制产品，其运行可靠性有待实际验证，此改进方案也未见报道。
3．采用局部改进(PLC及电液换向阀)方案
综上所述，根据本站实际情况，厂房宽敞，高压空压机巳更新，且担负着蝶阀油压装置的充气，选择高压调速器意义不大。
数字阀式电液换向阀控制接力器，其结构简单，使用标准液压元件少，其原理是当位置偏差大时，有电液换向阀(大阀)进行大流量输出，系统粗调，当位置偏差小时，转入小阀精密调节，紧急停机时，动作于事故阀；而数字阀与插装阀组合控制接力器方式结构原理相对复杂，不易掌握。为此，改造时保留油压装置和接力器不动，仍采用2.5MP油压，只改造原控制柜部分，采用PLC及数字阀式电液换向阀控制接力器型微机型控制柜，既可保证设备改造后安全可靠运行，又能确保设备的先进性，况且这样改造成本很低，一台大概可节约5万元左右。
三．微机控制柜的构成功能及原理
1．电气控制系统原理
(1)主要硬件包括：
PLC采用日本三菱的FX2n—32MT系列作控制主机，实现对整个系统的控制输出，监控操作，运算处理等功能；彩色触摸屏MT506S：触摸式图形显示操作终端，用于对调速系统的参数修改，现地操作和临视；A／D模块FX2n-4AD：采样现场的模拟量送PLC进行运算和控制；测频模块：测量发电机的TV送来机频信号和网频信号向PLC输入频率信号供PLC进行运算控制处理，其信号电缆应采用屏蔽电缆；通信模块：用FX2N一485BD通信模块作为与上位机的通讯接口，具有标准RS485串口，具有“四遥”功能；以实现电站计算机控制管理；电源模块：采用交直流同时供电方式；互为热备用。
(2)主要功能：
调节方式：可编程控制并联补偿自适用式PID调节；运行模式：频率调节、开度凋节、水位控制和功率调节等；操作方式：具有手动和自动两种操作方式；调节修定值：利用触摸屏可修改调整如下参数：永态转差系数bp，暂态转差系数bt，缓冲时间常数Td，加速时间常数Tn，频率死区，频率给定，电气开限，放大倍数，水头等。
2．机械液压随动系统(见图1)
机械液压随动部分采用进口的液压元件，它标准化程度高，性能稳定，实现模块化结构，无杠杆、无明管，安装维护方便，互换性能好。
(1)电液换向阀
4WE系列电液换向阀是以电磁阀作为先导控制，靠电磁铁通电吸合时产生的推力推动先导阀换向，控制油作用在主阀芯两端的任一端面上，驱动液动换向运动控制流体流向的开始、停止和换向。电液换向阀用于完成凋速器的调节功能和紧急停机操作，按下换向阀的关闭侧，即可以完成调速器的紧急关机操作。阀体材料具有足够硬度、耐磨，耐冲击复位能力强，电磁铁驱动力大，动作稳定可靠，对油质无特殊要求，抗污能力强，结构简单，工艺性好，可在31.5MPa工作压力下做高频率换向工作。
(2)手动控制阀
手动控制阀是实现接力器纯手动先导控制的组件，其功能足通过手柄的推／拉带动阀芯产生通／断动作，进而控制手动阀先导控制油口压力油的通／断，以控制主控阀液流产生相应通／断的动作，以实现液压手动操作凋速器的目的。
3．工作原理
当调速器自动运行时，接收到开机令后，按照预先设定好的开机规律开机。当网频测量正常时，调速器自动选择频率调节模式，PLC按照机频与网频的差值进行PID运算，为实现快速并网作好准备；当网频测量故障时，自动切换为开度调节模式，PLC按照机频与频率给定的差值进行PID运算。PLC根据电气开度和实际开度的差值输出脉宽凋制(PWM)信号，经功率放大后驱动电液换向阀，调节导叶开度，使机组自动运行于空载工况。并网后，如为并大电网运行，自动切换为开度调节模式。如为孤网运行，自动选择频率调节模式。通过上位机或触摸屏改变功率给定值，调节器经PI运算后，实现负荷凋节。接到停机令后，调速器自动将机组关机，完成停机过程。
四．改造中应注意的问题
1．电液换向阀与接力器的联接
标准液压件采用板式连接，取消明管连接，结构紧凑维护维修方便，改造中为了实现标准液压件与接力器的联结，首先厂方派技术人员到现场，实测调速器原主配压阀基座与接力器的联结螺栓大小及间距，随后有厂方加工一套联结过渡块(按设计有开停机进油孔，回油孔)，以达到标准液压件与接力器联结，原压力供油管采用高压橡皮管。
2．接力器反馈装置的装设
采用200mm级的滑动电位器，安置在油柜内，自制三角架的一端固定接力器内端盖螺栓上，通过接力器位移改变电位器电阻，把位移转换为电压信号输出，这样由接力器反馈电位器提供的反馈电压，通过反馈电路(测频调理板)对应于开度0～100％，电压为0～10V。
3．对外配线
调速器对外接线按端子排图进行配线，调速器油压装置二次回路连线不动。“开机”、“停机”、“并网”、“增加”、“减少”等是远方控制命令，此接点为无源接点；“紧急停机”是外部紧急停机令输入端子；“机频”、“网频”是机组频率、电网频率信号的输入端子。应使用屏蔽线自TV上接入机频、网频信号，并且屏蔽层应单边接地，以避免干扰；“AC220V”、“DC220V”是厂用交流电源和厂用直流电源的输入端子，须注意DC220V电源的正、负极与端子保持一致，否则会烧毁紧急停机电磁阀和继电器上的续流二极管，交直流电源应分开敷设。
五．改造效果
实施凋速器改造后，可以有效地提高电站的经济效益，比较突出的特点是开机速度快，容易并网，大大缩短并网时间，减少工人劳动强度，强大的通讯和控制功能完全能够满足水电站计算机监监控系统的要求。
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