高可靠性微机调速器研究

　　随着水轮发电机组种类的增多和容量的增大以及电站自动化水平的提高,对调速器的功能及可靠性、稳定性及调节准确性和响应的快速性提出了更高的要求.因此,我们研制开发了以8098(80C198)单片微机为核心的新型微机调速器.采用结构独立的完全双通道技术,硬、软件均采用模块化结构,且设置必要的监视监控接口和界面,以方便运行监视、操作与维护.以提高调速器的广泛适用性和长期运行的可靠性.

　　1　微机调速器的典型结构模式

　　自1984年国内第一台微机调速器研制成功以来,微机调速器以其高性能优势得到了广泛的应用.但由于早期在模式选择、设计原理、工艺控制等方面的原因,也存在着抗干扰能力差、可靠性不高等问题.近十年来,国内不少科研制造单位除优选器件、改进工艺外,研究选择了以下几种典型的结构模式:

　　1.1　单微机模式

　　其系统结构如图1.

　　设R1为信号的可靠度,R2为测量的可靠度,R3为CPU的可靠度,R4为D/A的可靠度,R5综放的可靠度,R6为反馈的可靠度.当反馈故障时,将导致整个系统失效,故可将反馈看成是一个串联环节.整个系统的可靠度为:

　　1.2　双微机模式

　　其系统结构如图2.

　　设各个环节的可靠度不变,则整个系统的可靠度为:

　　因故其可靠度高于单微机系统.

　　1.3　双通道模式

　　在双微机系统的基础上,增加一套综合放大环节,即构成所谓的双通道模式.其系统结构模式框图见图3.

　　该系统与双微机系统相比,仅仅增加了综合放大的冗余,系统的可靠性没有明显的提高.

　　1.4　可编程控制器模式

　　采用可编程控制器设计调速器时,由于测频分辨率不能满足要求,往往附加一个小单片机系统构成测频环节.其系统结构模式见图4.

　　设R7为PLC的可靠度,则整个系统的可靠度为

　　不考虑制造工艺等方面的因素,从结构方案分析,其可靠性比单微机系统略低(R7=1时,与单微机系统相当).由于采用可编程控制器,不仅制造工作量大大减少,而且可靠性也得到保证.此外,在该模式中的单片机系统(CPU)仅完成测频任务,系统规模很小,设计、制造又容易,提高了该环节的可靠性,从而保证了整个系统有较高的可靠性.

　　2　完全双通道混合工作模式

　　实际运行中,相当一部分故障出在外围回路,如电源消失、测频信号消失、反馈断线等.为防止出现上述现象时造成机组过速或负荷的大幅度波动,在调速器有关新标准中,对频率消失、反馈断线时的接力器波动给出了相关规定.因此,在设计调速器时,除对上述要求进行特殊的硬、软考虑外,对供电电源、测量信号、反馈信号等采用冗余设计是非常必要的.此外,还应尽量减少冗余系统间机械、电气、结构上的交联,以使对故障系统的检修、维护等工作不影响正常系统的运行.故我们在研制新型调速器时采用了结构上相互独立的完全双通道技术,其系统框图见图5.