天津电气传动设计研究所 李晃
摘要：本文介绍了我国水轮机调速器行业技术发展、主要产品以及发展趋势。
一、行业技术发展趋势
50年代初期，哈尔滨电机厂先后仿制瑞士Z-75型及美国W-400型机械液压调速器，开创了我国生产调速器的历史。50年代中期，先后仿制苏联КЗ-3000、MHY-0.85油压装置和P-100大型机械液压调速器，此后在P-100的基础上取消了启动装置改成T-100型调速器。同时在原苏联技术设计的基础上进行了PO-40扩大设计进行生产，即为目前运行较多的CT-40型调速器；这一时期，在参考苏联、瑞典的电液调速器的基础上，哈尔滨电机厂和天津发电设备厂也分别研制大型电子管式电液调速器，哈尔滨电机厂产品经改进于60年代后期先后在渔子溪、黄龙滩和刘家峡水电站投入运行。
1962～1965年，哈尔滨大电研究所、天津电气传动设计研究所组织了小型机械液压调速器的联合设计，成为后来我国量大面广的主要产品。此产品在80年代初经天津电气传动设计研究所组织系列产品整顿、改进，技术性能又得到进一步提高。
1965年天津电气传动设计研究所研制TT-35、TT75、TT-150及TT-300特小型调速器，产品结构简单，价格便宜，满足农村小水电的配套要求。80年代初，经系列产品整顿，提高了性能指标。
70年代初，天津电气传动设计研究所组织机械部及水电部的相关部门进行联合设计，研究出我国首台晶体管电液调速器。此后，哈尔滨电机厂、天津电气传动设计研究所、长江流域规划办公室与襄樊仪表厂、金城江水电设备厂、天津水电控制设备厂、东方电机厂和杭州发电设备厂等单位先后生产不同型号的晶体管电液调速器，并从分离元件发展到集成电路电液调速器。
80年代初，天津电气传动设计研究所、华中科技大学（华中理工大学）和南京电力自动化研究院（水电部南京自动化所）相继开展了微处理器为核心的电液调速器的研制。
华中科技大学自1981年底开始研制适应性变参数并联PID微机调节器，1984年11月在湖南欧阳海水电厂投入运行。1989年又与天津传动设计研究所、湖南水科所、武汉水电控制设备公司及天津水电控制设备厂共同研制的WT-S双微机调速器通过产品鉴定，并投入小批量生产，微机调节器以Z-80单板机为核心，结构式硬件。模块化软件，两台微机配以相同功能的测频、CPU和D/A模块，双微机互为主备用，采用适应性变参数PID调节模式，较好地满足了电站运行要求。但与外国产品相比，受我国基础工业的影响，硬件可靠性较低。
90年代以来，随着可编程控制器（PLC )技术的不断完善，各单位相继开展了将可编程控制器应用到调速器中的研究工作。华中科技大学分别与能达通用电气公司、天津电气传动设计研究所、武汉三联水电控制设备公司、武汉事达电气有限公司等单位合作开发不同品牌的PLC微机调节器，首台调节器于1993年5月在欧阳海水电厂投入运行。目前，PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。另外，华中科技大学还分别与哈尔滨电机厂、东方电机厂等单位合作研制出以8086、8096CPU为核心，采用STD总线结构和MIC-2000工控机型双微机调速器成功地在岩滩、宝珠寺等水电厂投入运行。
南京电力自动化研究院在继承ST-700系列微机调速器的双微机双通道系统机构基础上，基于MC68322研制多微机水轮机调速器。
一些高等院校还开展了自适式控制水轮机调速器研究，由于自适应辨识和控制算法复杂及实时性限制它目前在实际中的应用；同时，也在开展预测控制、神经网络控制在水轮机调节系统中的应用研究。
二、调速器行业状况
我国每年生产800～1 000台调速器，大型微机电调约150台，其余为中小型调速器，小型调速器以机械液压型调速器为主。
随着改革开放、体制改革日益深入，调速器制造行业出现了前所未有的景象，民营企业不断涌现，日益激烈的市场竞争促进了各企业的新技术开发，和产品质量管理的加强，为用户提供了更加完善的售后服务。同时，产品的性能、质量及可靠性大步提高，基本满足了我国水电设备产品的配套需要，还有少量产品出口。
调速器产品的生产特点属单台、小批量生产，不能形成一定的规模，因此劳动生产率低，企业数量不断增多，竞争日益激烈、导致产品价格偏低，所以企业的经济效益不高，进而限制了企业规模扩大。目前出现了一些民营企业的合并与重组，这是一个可喜的苗头。
我国主要调速器制造企业的产品简介如下：
天津电气传动设计研究所自行开发研制的微机电调采用以PLC为核心的调节器，软件设计采用适应式变结构、变参数并联PID调节模式，步进电机－凸轮传动装置取代电液转换器。这种不用油的电机转换速动响应性好，彻底解决了电液转换器抗油污能力差、易卡阻之弊病。它所组成的电液随动系统具有较高的可靠性和频率响应。PLC型微机调速器1994年底投入运行。
武汉三联水电控制设备公司生产微机电调采用PLC步进缸构成电液随动系统。
武汉事达电气有限公司生产的微机电调均以PLC为核心，用步进电机螺纹伺服缸取代电液转换器，构成新型电液随动系统。
长江控制设备研究所的微机电调采用PLC或工控机并以伺服电机螺杆机构取代中间接力器，或以电动继承阀控制主配压阀，以机械液压随动系统驱动主接力器。
南京自动化研究所的微机电调采用自制硬件构成的双微机冗余系统，应用比例伺服阀和脉宽调制式数字阀构成的液压容错控制，使电液随动系统具有较高的可靠性。
东方电机股份有限责任公司的微机电调采用双工控机冗余系统，电液随动系统中配用比例伺服阀，并设有液压跟踪手动控制阀供手动运行用。
哈尔滨电机厂有限责任公司生产的微机电调采用双工控机冗余系统，电液随动系统中应用伺服阀，并设有主配压阀定中机构，手动运行用。
能达通用公司的微机电调以PLC为核心，步进电机螺杆机构取代中间接力器，并配以机械液压随动系统。
武汉三联水电控制设备公司和中国水利水电科学研究院还开发出采用液压数字技术的新型数字式电调，以进口标准的快速开关阀和快速方向/流量阀等分别代替电液转换器和主配压阀，具有静态耗油量小、元件互换性好等优点。须予以关注的是直接与性能有关的数字阀切换频率、与寿命有关的数字阀切换动作次数及有的公司生产的阀对油质的要求与比例阀相近。
我国中小型微机电调的液压系统除了传统结构产品外，长江控制设备研究所等单位还采用16MPa的皮囊式蓄能器。高油压液压系统的运用，可减少液压放大环节和减小尺寸，简化结构；油气分离系统的应用，使油的使用期限延长。
与国外同类产品相比，目前我国生产的微机型电液调速器性能与国外水平相当，主要差距在加工工艺水平，且大型调速器6.4MPa的液压系统起步不久。
三、我国微机调速器特点
1. 采用适应性变参数并联PID结构
2. 除南京电力自动化研究院自制外，其余都以进口PLC、PCC或IPC为核心。
3. 具有较强的诊断和容错功能。
4. 功能齐全，除转速控制外还可按用户要求增设功率控制、水位控制和浪涌控制等功能。
5. 产品以微机调节器+电液随动系统组成的调速系统为主。在大型调速器中，与机械液压随动系统相比具有明显的优越性。
6. 新电液转换元件及液压冗余技术运用，较好解决了抗油污能力。
四、外国微机电调的重要特点
1. 美国GE（原WOODWARD公司，下同）采用三机表决系统，其余均为单机系统（按中国用户要求提供双机系统除外），产品质量性能稳定、可靠性高。
2. 除ALSTON、HYDRP VEVEY SA两公司采用串联PID结构外，期于均采用并联PID结构；PID参数均按空载、并小网或孤立运行、并大网运行三种工况给定。
3. 微机更新升级快，均采用32位微机。速度快、容量大，为扩大调速器功能创造了条件，如有的装有实时仿真器。
4. 具有较强的诊断及容错功能和较强的抗干扰能力。
5. 除VEVEY公司采用机械液压随动系统外，其余均采用电液随动系统。
6. 除GE 和VA TECHESCHER WYSS公司采用比例阀外，ALSTOM、VOITH、VEVEY均采用自制电液转换器。ALSTOM对油质要求为70μm，其余公司均为10μm。
7. 为改善静、动态性能，大多数国外产品在电液随动系统中引入了PI、PD或PID调节。
8. 增强智能化功能，如VOITH公司500系列产品机组启动加速控制。
9. 在三峡工程，美国GE公司曾提出双比例阀液压冗余方案，而ALSTOM以双电液转换器方案在三峡工程中中标。
五、发展趋势
1. 随着计算机技术发展，水轮机调速器更新换代加快。
2. 微机运算速度快、容量增大，为扩展调速器的功能提供可能，如油压装置油泵启停、自动补气的控制和机组自动化控制，调试及仿真功能。
3. 智能化，如参数自优化。
4. 加快新调节规律研究步伐，提高产品动态性能。
5. 加速液压行业新技术在调速器中运用。
6. 中小型调速器向高油压发展。
六、结论
近年来，我国水轮机调速器行业取得了长足的发展，产品质量和可靠性接近国外水平，其性能与国外水平相当，满足我国水电建设的需求，这是电子技术、液压技术及自动控制技术在水轮机调节中广泛应用的结果。
同时，民营企业的出现，加速了新产品的开发进程，市场竞争促进了行业技术发展。
水轮机调速器行业必将在现有基础上总结经验、取长补短、汲取国外先进经验，使产品更好地满足国内配套要求，并走向国际市场。
摘自：电器工业