小水电机组通用技术条件（3）-中国水力发电设备网(CHP.doc

K XX 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 GB/T ×××××.3—20×× 小水电机组通用技术条件 第 3 部分：水轮机控制系统 General technical specifications for small hydropower units Part 3: Hydraulic turbine control systems （征求意见稿） ××××-××-××发布 ××××-××-××实施 中 国 电 器 工 业 协 会 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布 GB/-20XX I 目 次 前 言..............................................................................................................................................................III 引 言 .............................................................................................................................................................IV 1 范围 .............................................................................................................................................................1 2 规范性引用文件 .........................................................................................................................................1 3 术语和定义 .................................................................................................................................................2 4 使用环境条件 .............................................................................................................................................2 5 技术要求 .....................................................................................................................................................3 接力器容量 .................................................................................................................................................3 油压等级 .....................................................................................................................................................3 可靠性指标 .................................................................................................................................................3 静态特性 .....................................................................................................................................................3 动态特性 .....................................................................................................................................................3 调速器 .........................................................................................................................................................4 油压装置 .....................................................................................................................................................6 外观要求 .....................................................................................................................................................7 6 供货范围和备品备件 .................................................................................................................................7 供货范围 .....................................................................................................................................................7 备品备件 .....................................................................................................................................................7 7 技术文件 .....................................................................................................................................................8 8 试验 .............................................................................................................................................................8 出厂试验.......................................................................................................................................................8 现场试验.......................................................................................................................................................8 型式试验.......................................................................................................................................................8 9 铭牌、包装、运输和保管 .........................................................................................................................8 铭牌...............................................................................................................................................................8 包装...............................................................................................................................................................9 运输...............................................................................................................................................................9 储存.................................................................................................................................................................9 10 安装、运行和维护 ...................................................................................................................................10 GB/-20XX II 安装.........................................................................................................................................................10 运行.........................................................................................................................................................10 定期维护...................................................................................................................................................11 11 质保期 .......................................................................................................................................................11 GB/-20XX III 前 言 GB/T ×××××《小水电机组通用技术条件》分为以下五个部分： ——第 1 部分：水轮机； ——第 2 部分：水轮发电机； ——第 3 部分：水轮机控制系统； ——第 4 部分：励磁系统； ——第 5 部分：监控、保护和直流电源系统。 本部分为 GB/T ×××××《小水电机组通用技术条件》的第 3 部分。 本部分文件等同采用 IEC 60308、IEC 61362、IEEE Std 1207TM、ANSI/IEEE STD 125、ANSI/ASME PTC 29 和 DIN 4321 等标准。 本部分由中国电器工业协会提出。 本部分由天津电气传动设计研究所归口。 本标准主要负责起草单位：浙江金轮机电实业有限公司、潮州市汇能电机有限公司、天津电气传动设 计研究所、武汉市陆水自动控制技术有限公司、湖南紫光测控有限公司、赣州发电设备成套制造有限公司、 浙江临海电机有限公司、武汉长江控制设备研究所、河北工业大学电工厂、华电集团长沙市精密仪器厂。 本部分主要起草单位：天津电气传动设计研究所、武汉长江控制设备研究所。 本部分主要起草人：。 本部分为首次发布。 GB/-20XX IV 引 言 GB/T ×××××《小水电机组通用技术条件》的编制在现有国家标准的基础上更加注重成套性，适用于 机组功率在 ～10MW 之间，转轮直径小于 的混流式、轴流式、斜流式、贯流式及冲击式水轮 机；与水轮机直接连接或间接连接的立式或卧式（灯泡贯流、抽水蓄能除外）三相 50Hz 凸极同步水轮发 电机；水轮机控制系统，包括工作容量 350N·m～75000 N·m 的电气液压调速器以及油压装置；励磁电流 在 500A 及以下的励磁系统和与此相配套的监控、保护和直流电源系统。 功率在 ～ 之间的水电机组可参照执行；功率低于 或不在上述适用范围的水电机 组参照其他国家标准执行。 GB/-20XX 1 小水电机组通用技术条件 第 3 部分 水轮机控制系统 1 范围 GB/T ×××××的本部分适用于机组功率为 ～10000kW 及以下的小水电机组水轮机控制系统， 包括工作容量 350N·m～75000 N·m 的电气液压调速器（以下简称电调）以及油压装置。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版 本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所用的修改单）适用于本文件。 GB 150 钢制压力容器 IEC 61362 水轮机控制系统技术规范导则 GB/T 191 包装储运图示标志 GB/T 2681 电工成套装置中导线颜色 GB/T 2682 电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色 GB/T 高度进制为 20mm 的面板、架和柜的基本尺寸系列 GB/T 3797 电气控制设备 GB/T 无金属化孔单双面印制板分规范 GB/T 有金属化孔单双面印制板分规范 GB/T 11120 L-TSA 汽轮机油 GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件 GB/T 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T 水轮机控制系统技术条件 GB/T 水轮机控制系统试验 DL/T 563 水轮机电液调节系统及装置技术规程 JB/T 3136 电力装置用印刷电器电路板装焊技术规范 JB/T 7041 液压齿轮泵 技术条件 GB/-20XX 2 JB/T 8191 电工术语 水轮机控制系统 JB/T 911 一般工业用低压电器电气间隙和漏电距离 3 术语和定义 JB/T 8191 界定的术语和定义适用于本文件。 4 使用环境条件 本部分所规定的各项调节系统静态及动态特性指标均是在下列使用环境条件下制定。 调速器及油压装置的选型合理 调速器及油压装置的工作容量选择合理； 导叶实际最大开度至少对应于接力器最大行程的 80%以上。 水轮发电机组运行正常 水轮机在制造厂规定的条件下运行； 测频信号源、水轮机导水机构、桨叶机构、喷针及折向器机构、调速轴及反馈传动机构应无制造 和安装缺陷； 水轮发电机组应能在手动各种工况下稳定运行。在手动空载工况（发电机励磁在自动方式下工作） 运行时，水轮发电机组转速摆动相对值不超过±%。 水轮机引水系统的水流惯性时间常数 Tw：对比例积分微分（PID）型调速器不大于 4；对比例积 分（PI）型调速器不大于 。机组惯性时间常数 Ta：反击式机组不小于 4s，冲击式机组不小于 2s。 水流惯性时间常数 Tw 与机组惯性时间常数 Ta 的比值 Tw/Ta 不大于 。 环境条件 使用地点的海拔高度不超过 2500m。 调速器周围空气温度 不同海拔高度的最高空气温度（见表 l）。 表 1 不同海拔高度的最高空气温度 海拔高度（m） h≤1000 1000＜h≤1500 1500＜h≤2000 2000＜h≤2500 最高空气温度（℃） 最低空气温度：5℃。 空气相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为 90%，同时该月的月平均温度不高于 25℃。 GB/-20XX 3 水轮机控制系统所用油的质量必须符合 GB 11120 中 L-TSA 46 号汽轮机油或粘度相近的同类型油 的规定，使用油温范围为 10℃～50℃。 使用环境条件如不满足要求，性能指标可由供需双方协商。 5 技术要求 接力器容量 水轮机控制系统接力器容量应保证达到设计规定值。 油压等级 调速器及油压装置的油压等级为：、、、、。 可靠性指标 a） 大修时间间隔不少于 4 年； b） 可利用率不小于 99%； c） 正常使用寿命不少于 10 年。 静态特性 静态特性曲线应近似为一条直线。 测至主接力器的转速死区和在水轮机静止及输入转速信号恒定的条件下接力器摆动值见表 2。冲 击式机组操作功按喷针接力器操作功之和计算。 表 2 接力器摆动值 调速器类型 项目 中型电调 （18000N·m≤A＜75000 N·m） 小型电调 （3000 N·m≤A＜180000 N·m） 特小型电调 （≤A＜3000 N·m） 转速死区 ix（%） 接力器摆动值（%） 对冲击式水轮机调速系统：在稳态工况下，对多喷嘴冲击式水轮机的任何两喷针之间的位置偏差 不大于全行程的 2%。 动态特性 调速器应保证机组在各种工况和运行方式下的稳定性。在空载工况自动运行时，施加一阶跃型转 速指令信号，观察过渡过程，以便选择调速器的运行参数。待稳定后记录转速摆动相对值应不超过士 %。如果机组手动空载转速摆动相对值大于规定值，其自动空载转速摆动相对值不得大于相应手动 GB/-20XX 4 空载转速摆动相对值。转速摆动相对值对转动惯量不能满足调节保证计算要求的机组，其空载转速摆动 相对值与需方另行协商。 从转速或指令信号按规定形式变化，接力器不动时间不大于 。 机组甩负荷后动态品质 甩 100%额定负荷后，在转速变化过程中，超过稳态转速 3%额定转速值以上的波峰不超过两次； 从机组甩负荷时起，到机组转速相对偏差小于士 1%为止的调节时间 tE 与从甩负荷开始至转速 升至最高转速所经历的时间 tM 的比值，对中、低水头反击式水轮机不大于 8；对高水头反击式水轮机和 冲击式水轮机应不大于 15；对从电网解列后给水电站供电的机组，甩负荷后机组的最低相对转速不低 于 。 调速器 PID 型调节器的调节参数应能在设计范围内整定：比例增益 KP 最小值不大于 ，最大值不小 于 20；积分增益 KI 最小值不大于 -1 最大值不小于 10s-1；微分增益 KD 最小值为 0，最大值不小于 5s。 永态转差系数 bp 应能在 0%至 10%范围内任意整定。 速度指令信号的调整范围为额定转速的±10%。 开度（负荷）限制机构应能在零至最大开度（负荷）范围内任意给定。 接力器的关闭时间 Tf 与开启时间 Tg 应能在设计范围内任意整定。 调速器应能实现机组以自动和手动方式启动、停机和紧急停机。 调速器应设置人工失灵区，其范围为额定转速的±1%，并能在其设计范围内任意整定。 当测速装置输入信号、水头信号、功率信号或接力器位置信号消失时，应能使机组保持所带的负 荷，水轮机主接力器的开度变化不得超过其全行程的±1%，同时要求不影响机组的正常停机和事故停机。 软件设计的基本要求 软件应采用结构化、模块化设计，并满足机组各种运行工况下的调节与控制的要求。 软件系统至少应包括下列模块：测频、PID 调节、输入输出处理、显示、诊断与检错等。 微机型调速器除调速器基本功能外，还应具有故障诊断和容错控制功能，并配置与上位机通讯 的接口，提供通讯协议。 一次调频 当电网频率超出规定的正常范围后，调速器能够根据电网频率的变化自动地增加或减小机组的功率。 测速装置 在额定转速±10%范围内，静态特性曲线应近似直线，其转速死区应符合设计规定值；在额定转速± 2%范围内，其放大系数的实测值偏差不超过设计值的±5%。 GB/-20XX 5 电-液和电-机转换器 在符合规定的使用条件下，应能正确、可靠工作。 电液转换器的死区，油压漂移和放大系数实测偏差及油耗量不超过设计规定值。工作范围不 得小于设计规定值。 电—机转换器的操作力和行程应不小于设计值。 转换器在电源消失时应有回中功能。在稳定状态，其电源消失时接力器行程变化不得超过全 行程的土 1%。 规定压力降的主配压阀流量特性应符合设计规定值。 液压元件装配后，在规定油温及额定油压下的漏油量不超过设计规定值。 接力器位置反馈装置 应采用置于接力器附近、可靠性高的位移变换器作为接力器反馈装置，位移传感器的输出信号可为 -10V～0～+10V 电压型或 4mA～20mA 电流型。 调速器的电源应采用交、直流同时供电，互为备用。其中之一故障时可自动转换并发出报警信 号。电源转换时接力器行程变化不应超过全行程的土 1%。 结构、元件和工艺 所有指示仪表的精度不低于 级。 元器件应选用工业级产品。 印制板应参照 GB/T 和 GB/T 的规定。 柜体结构和工艺要求 电气柜的外形尺寸按 GB/T 的规定。 柜体表面平整，漆层牢固美观，在保证通风散热的条件下，应有防止异物进入柜内的措施。 机电合柜的结构应采取防油污措施。 柜上指示灯和按钮的颜色应符合 GB/T 2682 的规定。 安装在柜面板上的控制装置、仪表和故障指示灯便于操作和观测。 柜内配线应整齐美观，所用导线的颜色按 GB/T 2681 的规定。 绝缘电阻与工频耐受电压 在温度为 15℃～35℃及相对湿度为 45%～75%的环境中，各电器回路间及其与机壳和大地间的 绝缘电阻应不小于 1M℃。 各独立带电部件与裸露导电部件之间，电路与金属外壳（或地）之间，在温度为 15℃～35℃ 及相对湿度为 45%～75%环境下试验，按其工作电压大小，应能承受表 3 规定的耐压试验电压，历时 GB/-20XX 6 5s。见 GB/T 3797。 表 3 额定电压 Ui/V 工频试验电压（交流均方根值）/V Ui≤60 1000 60＜Ui≤300 2000 300＜Ui≤690 2500 对不适于由主回路直接供电的辅助电路，应能承受按表 3 规定的耐压试验电压，历时 5s。 表 4 额定电压 Ui/V 工频试验电压（交流均方根值）/V Ui≤12 250 12＜Ui≤60 500 60>Ui 2 Ui +1000 其最小值为 1500 电气装置应能承受来自电源、信号源和控制端口的干扰，以及周围环境的辐射电磁场干扰，同 时设备本身的电磁干扰应减小到最低程度。参照 GB/T 进行电快速瞬变试验。施加干扰时，电 气装置的功能和动作应正确无误，接力器不应有异常动作。 油压装置 压力罐的设计、制造、焊接和检查，应符合《压力容器安全监察规程》和 GB 150 等有关规定。 工作油压超过 时，油压装置的压力容器应采用油气分离的囊式蓄能器。工作油压不超过 时，可采用油、气接触的普通压力罐，也可采用囊式蓄能器。 在正常工作油压上限 POmax，非隔离式压力罐内油和空气体积比通常为 1/3～1/2。 油压装置正常工作油压的变化范围在名义工作压力的±5%以内。紧急停机压力（事故停机的最小 压力）Pr 的选择应使关机后压力不降到最低操作压力 PR 以下。 压力罐可用油的体积 VRes：在正常工作油压下限 POmin 和油泵不打油时，压力罐的容积至少应能 在压力降不超过正常工作油压下限 POmin 和最低操作油压 PR 之差的条件下提供规定的各接力器行程数： 对混流式水轮机为 3 个导叶接力器行程；对冲击式水轮机，除 3 个折向器接力器行程外，还要求 ～2 个喷针接力器行程。 油泵 油泵的输油量足以补充漏油量，并有最少 2 倍的安全系数。油泵的每分钟输油量不大于接力器 容积的 倍。 油泵应采用高效率产品，运转应平稳。 GB/-20XX 7 安全阀 当油压高于工作油压上限 2%以上时，安全阀应开始排油；当油压高于工作油压的上限 10%以 前，安全阀应全部开启，并使压力罐中油压不再升高。 安全阀的泄漏量不大于油泵输油量的 1%。 安全阀动作应正确、可靠、无强烈振动和噪声。 油压装置各压力信号器整定值的动作偏差，不超过整定值的±2%。 油位信号装置动作应正确、可靠。 控制系统管道内油的流速不得超过 5m/s。 外观要求 外形尺寸及安装尺寸应符合产品图样要求。 零部件的紧固、元件的焊接、装配、端子排编号应符合图样要求。 零部件及外壳不许有锈蚀、裂纹及明显划痕。镀层不应脱落。 装置的金属外壳或底座应有接地端子或接地螺钉，并应有明显的接地标志。 6 供货范围和备品备件 供货范围 水轮机控制系统 a） 调速器 b） 油压装置 其它与需方商定的设备 根据供需双方签订的订货合同要求确定供货范围。 备品备件 供方至少应提供以下备品备件： 序号 名 称 数量 1 继电器 每型 1 个 2 信号灯 每型 1 个 3 按钮 每型 1 个 4 电磁阀线圈 每型 1 个 5 各种规格垫片、O 型密封圈 1 套 GB/-20XX 8 6 压力表 每型 1 个 7 技术文件 随设备一起提供给需方的技术文件应包括下述文件： a） 包含产品原理、安装、调整及使用的说明书，2 套/台； b） 产品原理图、安装图、总装配图，2 套/台； c） 产品检查及试验记录，主要部件（含外购件）的检查试验记录； d） 产品合格证。 8 试验 出厂试验 水轮机控制系统应进行如下出厂试验，合格后才能出厂。 标准试验项目 试验项目见 GB 。 其他试验项目 供方与需方商定的其他试验项目。 现场试验 标准试验项目 试验项目见 GB 。 其他试验项目 供方与需方商定的其他试验项目。 型式试验 供方的首次产品和改型产品应进行型式试验。型式试验项目参见 GB 。 9 铭牌、包装、运输和保管 铭牌 每台产品应在适当的明显位置固定产品铭牌，其主要内容： a） 产品名称； b） 供方名称； GB/-20XX 9 c） 产品型号； d） 产品出厂编号； e） 产品出厂日期。 包装 包装箱应按照装箱图样制作，在其外壁应注明下列事项： a） 收货单位和地址； b） 供方单位和地址； c） 产品型号和名称； d） 产品净重、毛重、包装箱重心线、吊索位置以及包装箱的外形尺寸； e） 标明“轻放”、“防潮”及“不准倒置”等字样和标志。标志应符合 GB/T 191 的有关规定。 产品包装应按设备的不同要求及运输方式采取防雨、防潮、防霉、防尘、防震、防盐雾等措施。 压力容器涂敷及运输包装应符合 JB/T 4711 的规定。 产品在包装前必须做好下列准备工作： a） 在产品外部加工表面上采取必要的防锈措施； b） 将易碎怕震部件及表计拆下，另行妥善包装； c） 产品内部可动零部件必须与机体固定； d） 液动元件内部须留有一定数量的符合要求的汽轮机油； e） 随产品一起供应的技术文件及备品备件，经包扎后固定在一定位置。 装箱单开列的名称、数量应与箱内的实物和图纸资料相符。 运输 产品运输及装卸过程应按包装箱上的标志及有关规则进行。供方发运的件数、箱数、标志、发运时 间、车次等应在发运的同时通知收货单位。 储存 产品应放在环境温度为-5℃～+40℃，相对湿度不大于 90%，室内无酸、碱、盐及腐蚀性、爆炸性 气体和强电磁场作用，无灰尘、防雨的库房内。 自供方发货之日起，在符合 的储存条件下，供方应保证在 1 年内不致因包装不善而引起产 品的锈蚀、精度降低等。 10 安装、运行和维护 GB/-20XX 10 安装 应由取得相关安装资质的专业安装单位安装。 运行 调速器投入正式运行前，应按照 GB 进行相关试验，并达到本技术条件所规定的指标。 投运前应检查项目 a） 接力器关闭与开启时间的整定符合调保计算的要求； b） 参数整定正确； c） 工作电源、备用电源及自动回路工作正常、信号正确； d） 机组及电网频率信号回路投入； e） 反馈机构传动灵活； f） 事故停机电磁阀动作正常； g） 锁锭装置动作正常、指示正确； h） 油质符合要求； i） 油泵及阀组工作正常、指示正确； j） 压力罐及回油箱油位在规定范围内； k） 油压信号装置动作正常； l） 事故低油压的整定值在规定范围内。 巡检 巡检必须认真执行，并做好记录。当调速器在机械手动方式运行时，调速器机旁应有专人值班。 当油压装置压力油罐手动补气时，应随时观察压力罐油位和油压。补气未完成前，操作人员不得离 开现场。 巡检内容如下： a） 各表计信号灯指示正常，开关位置正确，电气元器件无过热、异味、断线等异常现象； b） 调速器运行稳定，无异常抽动和振动现象； c） 各阀门、管路、油位计无漏油、漏气现象，阀门位置正确； d） 各传动机构工作正常，紧固件无松动、脱落现象； e） 油泵运作正常； f） 油压装置油压、油位正常。 定期维护 a） 定期进行调速器事故停机电磁阀动作试验，并检查相应动作情况及指示是否正确； GB/-20XX 11 b） 定期检查反馈机构； c） 定期检查紧固件有无松动、脱落现象； d） 定期对滤油器进行切换、清洗； e） 对有关部位定期加油； f） 定期对油泵进行主、备用切换； g） 定期对油压装置用油进行过滤或更新。 11 质保期 在正确地保管、安装和使用条件下，产品的质保期为自投入商业运行之日起一年，或从最后一批货 物交货之日起两年，以先到期为准。保证期内如因制造质量引起的设备损坏或不能正常工作，供方应无 偿修理或更换。