目录
1概述 (1)
2主要特点 (1)
3主要技术数据 (2)
3.1主要技术指标 (2)
3.2主要调节参数范围 (2)
3.3测频精度 (2)
4系统结构及硬件配置 (3)
4.1系统结构及硬件配置图 (3)
4.2电气部分：PCC主机、模拟量I/O模块、数字量I/O模块及触摸屏简介 (3)
4.3机械部分介绍 (12)
4.3.1概述 (12)
4.3.2调速系统液压原理介绍 (13)
4.3.3比例阀伺服系统控制工作原理 (13)
4.3.4步进电机伺服系统控制工作原理 (14)
5工作原理 (14)
5.1自动开机 (14)
5.2自动运行 (15)
5.3自动停机 (16)
5.4甩负荷 (16)
5.5手动开机 (16)
5.6手动停机 (16)
5.7紧急停机 (16)
6装置操作说明 (17)
6.1调速器主要功能 (17)
6.2运行方式 (17)
6.3运行时参数修改 (17)
6.4故障诊断处理功能 (18)
6.5调速器触摸屏的显示及操作功能 (18)
6.6调速器的通信 (18)
6.7触摸屏部分 (19)
6.7.1面板部分 (19)
6.7.2自动运行 (19)
6.7.3电手动操作 (19)
6.7.4故障处理 (19)
7电气部分的安装、调试、维护 (20)
7.1安装 (20)
7.2调试 (20)
7.3维护 (21)
8机械部分的安装、调试、维护 (23)
8.1安装 (23)
8.2调试 (23)
8.3维护 (25)
9机电联调 (25)
10调速器安全措施 (26)
1 概述
WB(L)DT系列水轮机调速器是由双PCC控制器控制的步进式无油自复中伺服加比例阀伺服冗余系统，带动液压随动系统，实现对水轮机的
控制。可以使用在2.5Mpa、4.0Mpa、6.3Mpa油压系统，单调节水轮机
上。
本控制系统由双PCC控制器、触摸显示系统、电源系统、步进式无油自复中伺服系统、比例阀伺服系统、液压切换系统、中位位移传感器
反馈系统、主接位移传感器反馈系统组成。
液压随动系统采用引导阀、辅助接力器、主配压阀、主接力器组成。
控制系统采用新一代可编程PCC作为控制的硬件平台，配置中文液晶触摸控制屏，简单易懂的图形化用户程序，独特的四路高精度的可编
程测频系统：两路探头齿盘测频，互为备用，一路机组PT测频，与齿盘
测频互为备用；一路电网PT测频。
2 主要特点
2.1 步进式无油自复中系统工作时：独特的变速控制方式，具有自动检测步进
电机失步等故障诊断和处理功能。具有机械手动功能。保证了整个系统的
安全性和可靠性。
2.2 比例阀系统工作时：控制灵敏、响应快；
2.3 积木式安装结构，结构简单，操作方便。
2.4 采用大过油量主配，主配三阀盘等径，高硬度，小间隙，抗油污能力强。
2.5 采用步进式无油自复中，抗油污能力强，“无”静态耗油。
2.6 采用梯形图和高级语言C混合编程，保留了程序易懂易读、修改方便、用
户便于掌握的特点，同时，使用C语言编程，还具有易于实现复杂的数学
运算、能提高控制精度等优点。
2.7 新一代32位可编程控制器PCC作为调速器控制平台，运算性能、可靠性
能大大提高。
2.8 采用高精度可编程测频，可靠性高、线性度更好，精度更高，响应速度更
快。
2.9 完全双电源，互为热备用。
2.10 使用中文液晶触摸屏，人机交互界面友好，显示信息量大。
3 主要技术数据
3.1 主要技术指标
转速死区: ix<0.04% (GB/T 9652.1-1997 大型)
静态特性曲线近似为直线<5% (GB/T 9652.1-1997)
自动空载转速摆动相对值(手动空载转速摆动相对值<±0.2%时)：
<±0.15% (GB/T 9652.1-1997 大型) 甩25%负荷接力器不动时间：<0.2S
3.2 主要调节参数范围
比例增益：Kp=0.5～20 (GB/T 9652.1-1997)
积分增益：Ki=0.05～10 1/S(GB/T 9652.1-1997)
微分增益：Kd=0～5 S (GB/T 9652.1-1997)
永态转差系数：Bp=0～10% (GB/T 9652.1-1997)
频率人工死区：△F=0～±0.5Hz (GB/T 9652.1-1997 大型)
频率给定：F0=45～55Hz
3.3 测频精度
机频PT：电压0.2～150V 频率5～100 HZ 分辨率0.001HZ
网频PT：电压15V～150V 频率5～100 HZ 分辨率0.001HZ 齿盘：电压15V～30V 频率5～100 HZ 分辨率0.005HZ
4 系统结构及硬件配置
4.1 系统结构及硬件配置图
4.2 电气部分：PCC主机、模拟量I/O模块、数字量I/O模块及触摸屏简介4.2.1 概述
电气调节器以PCC为可编程控制器为核心，用智能并联PID控制规律，配置10’4彩色汉化触摸屏作为人机界面z组成。PCC可编程控制器是奥地利B&R公司针对自动控制（过程控制）而开发的专业控制器，LAND 在控制器软件中集成了LAND经过多年运行验证的、性能优越的调速器专家功能模块，可以灵活方便的针对不同用户进行调用和组态，同时便于扩展和维护。
电气调节器中设计两套完全相同的微机系统、电源系统、测量采样回路和驱动通道，为确保冗余系统的可靠性及冗余切换时的无扰性，在电气调节器各CPU板上设计有高速连接口，通过此口将双机系统各CPU板对应连接，使后备机能完全跟踪运行机的运行状态，确保运行程序的同时性
及一致性。双系统采用主、备运行方式，一套工作，一套备用。当工作机有故障时自动无扰动切换到备用态，备用机投入工作。两套系统相互冗余、热备，可任意设置使一套处于工作状态，另一套处于备用。
当双套可编程控制故障，调速器无扰动切换到手动运行，保持当前工况，此时调速器可以手动关机、紧急停机。
电气调节器主要特点：
双冗余冗错操作系统；
输入、输出完全双冗余技术，确保输入、输出回路中任一环节出
现故障或在线切换，均对机组运行没有影响；
集成控制器本体内TPU高精度测频；
模块化结构硬件，在线服务功能；
图形化语言结构。
5
Modbus
调调调调N 调调调调调调S 调
（调速器电气系统图）
4.2.2 PCC简介
可编程控制器是为工业现场控制而设计的，具有极高的可靠性，极强的抗干扰能力，能适应电厂内各种电磁干扰环境，其设计平均无故障
时间(MTBF)不小于30万小时。PCC是更先进的32位可编程计算机控制
器，它出自欧洲，是可编程控
制器的发展，它在可编程控制
器PLC可靠性高、逻辑控制方
便的基础上，融合了工业控制
计算机IPC强大的运算能力及
高性能的浮点处理功能，是当
前运用广泛，功能强大的可编
程控制器之一。
PCC系列可编程采用模块化设计，模块可以带电插拔。编程语言遵循IEC 11313国际标准规定的5种编程语言，同时支持梯形图(LAD)、指
令表（STL）、高级语言（类Pascal）、功能块，支持面向对象的程序
设计(OOP)。存储容量是一般可编程控制器存储容量的10倍以上。我们
利用PCC先进的分时多任务操作系统，把重要工作用高速任务处理，一
般工作用普通任务处理，使CPU的资源合理分配。利用其高级语言，编
制复杂算法，编成功能块，放入梯形图中，终结了梯形图不能做复杂的
运算，这样大大提高了我们调速器的性能。我们开发的用户程序图形化，形象化，功能块之间用“导线”联接，加上接点开关条件，组成用户程
序。用户上手快，程序维护方便。
4.2.3 高精度可编程测频 利用PCC 控制器内部TPU 模块的4MHz 高速计数直接测频，使测频精
度达到0.001Hz 以上。避免了一般PLC 因计数频率低而另用测频模块向可
编程传递频率数据，同时也避免了数据传递过程中的延时和不稳定性。
测频反应时间为20Ms 。
使测频可靠性、实时性大大提高。用PCC 直接测频，器件少、接线
少、速度快、可靠性高、测频回路简洁，维护方便。
本调速器有四路测频，两路机频，一路网频。三路机频：一路为机
组残压
PT 信号，另两路为齿盘信号。测频回路互为备用。正常运行时，
残压测频经与齿盘测频进行比较验证无误后，供调速器测频使用。当残
压测频故障或比较结果超出范围时，用齿盘测频信号供调速器测频使用。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频后备。
为提高齿盘齿盘精度，齿盘测速设计为双传感器，用于消除由于大轴摆度和震动、以及齿盘加工精度的误差造成测频信号的精度下降。双传感器信号经过整形隔离后，同时送到PCC供测频使用。如图可知，两个传感器经过齿盘同一个边的时间差，只与齿盘旋转的线速度有关，而与齿盘的加工精度、摆动、振动无关，齿盘测频通过测量两个传感器的上升沿的时间，计算出频率，提高了齿盘测频的精度。
传感器
传感器
选用法国进口接近开关，无接触测量，有效检测距离为1~8mm，在安装时保证接近开关与齿头切面距离在3.5~4mm，在机组转动时保证既
可有效检测机组转速，又可防止机组摆动撞毁传感器。
4.2.4 电源系统
调速器电源部分采用冗余结构，交流-直流220V双路供电，交流优先，互为热备用。当交直流任意一路故障时，能自动地无扰动切换至另一路
电源供电。交流电源工作范围为220V -15%～+15% 47Hz～52Hz。
直流电源工作范围为220V，-15%～+15%；交流电源输入配有隔离变压
器。设计了电源监视回路，过压保护等，保证工作电源正常。调速器电
源故障或消失时，调速器保持原开度不变，并保证紧急停机和机械手动
可操作性。
可编程用直流220V电源供电。(注：为了机组安全，请不要将调速器断电运行)
电源模块采用台湾明伟电源，有过压、过流及低电压保护功能。供电电源为：
S-150-24 DC24V
DC－DC DC＋24V、DC±12V、DC＋5V
电源监测：调速器弱电用PCC监测，出现故障，调速器切手动；调速器强电监测用继电器监测，空接点输出到电柜端子上。
每套调速器配有以上电源各两块，用于可编程配套的外围器件，如
传感器、步进电机等，电源进线端子保险为R054 4A 。
4.2.5 驱动器
驱动器采用日本乐兹公司生产的步进电机驱动器。日本乐兹公司是一
家专门从事驱动器生产的厂家，其生产的驱动器为集成一体化驱动器，采用高功率的MOSFET 功率场效应管，厚膜电路及2MHz 开关斩波电路，使发热减至最小，
并大大减小了
体积。具有过
流、过热和电压
过低等自身保
护功能。调速器
可编程可直接
输出正反向脉
冲，控制步进电
机正反转。脉冲的频率快慢，控制步进电机的速度。减少了用模拟量转换控制引起的延时。可编程输出一开关量信号控制驱动器的自由端，使调速器非常方便的进行手自动切换。保证调速器运行的稳定性和可靠性。驱动器的主要参数如上表：
4.2.6 步进电机
步进电机采用日本三洋生
产的五相步进电机。步进电机
具有转动惯量小，输出力矩大，
质量可靠等特点。三洋步进电
机与乐兹驱动器配合使用，其动态特性具有效率高、转向快、供电电源适合水电厂对调速系统的要求。步进电机采用闭环控制，解决了步进电机丢步、
失步问题。步进电机的主要参数如右表：
步进电机控制特点：
1) 脉冲数字控制，方便可靠；
2) 电源结构简单，无需逆变装置，满足双重供电要求；
3) 采用闭环控制（闭环到丝杆输出），可以电气补偿丝杆间隙；
4) 采用细分步控制，定位精度高。
4.2.7 比例阀驱动器
本方案比例阀驱动器采用BOSH公司提供的驱动器驱动，驱动器直接采集伺服比例阀流量形成闭环，可编程输出±10V信号作为伺服比例阀流
量给定和方向，伺服比例阀输出流量只控制主配压阀移动速度和方向，可编程采集主配位移信号，形成闭环控制。
伺服比例阀驱动器工作电压为DC24V，由调速器电源供给。
4.2.8 柜体结构
1) 调速器为机电分（合）柜，柜体为金属结构表面喷塑。
2) 电柜中主要布置设备：PCC控制系统、触摸屏控制显示系统、电源系统、智
能测频模块、电柜操作按键。
3) 机柜中主要布置设备：步进电机及驱动器、中位传感器、无油转换装置、比
例阀、切换阀、滤油器、应急阀、主配压阀、引导阀、机柜操作及显示部件。
4) 柜外主要布置设备：主接位移传感器、齿盘接近开关。
4.3 机械部分介绍
4.3.1 概述
机械部分采用德国BOSH公司比例阀伺服系统＋日本三洋公司步进式无油自复中伺服系统。
当调速器在自动时，主控制方式是通过控制器控制德国BOSH高性能比例阀→主配压阀→主接力器。备用控制方式通过控制器控制步进式无油自复中伺服系统→主配压阀→主接力器。当调速器断电或切手动，主配压阀可以自动回到中间位置，稳定当前工况。此时调速器可以利用电（机）手动操作系统控制主配压阀、主接力器。
此系统中在比例阀工作时，步进式无油自动复中装置处于热备状态。
在调速器切备用（手动）时，德国力士乐高性能球阀在20ms内快速将油
路切换到步进电机伺服系统中，实现无扰切换。
调速器主配压阀采用三阀盘等径阀芯，配压阀上腔为控制腔，下腔为恒压腔，上腔受力面积为下腔受力面积的2倍。当上腔通压力油时，主阀芯向下运动；当上腔通排油时，主阀芯向上运动；当上腔被封闭时，主阀芯稳定不动。
本机械系统主要特点：
1) 采用德国BOSH公司高性能比例阀作为电液转换单元，在调速
器断电简单的实现了主配压阀复中。
2) 采用法国ALSTOM技术，生产的锻造结构，大流量主配压阀。
其结构、工艺、性能先进，并有专为调速器在小波动优化调节
的裙边。
3) 机械结构采用积木安装方式，无明管路，检修安装方便。
4.3.2 调速系统液压原理介绍
（液压系统系统原理图）
上图为采用比例阀伺服系统和步进电机伺服系统组成的电液随动系统原理图。该系统由比例阀伺服系统，步进式无油自复中装置、双滤油器、切换阀、紧急停机装置、主配压阀、二段关闭阀、接力器，位移传感器等构成。
整个系统控制阀均为板式集成块结构。没有明油管，结构简单，调整方便。可以通过切换阀切换比例阀和步进式自复中装置输出控制，实现自动和手动控制。
4.3.3 比例阀伺服系统控制工作原理
当切换阀切换到比例阀控制时，压力油通过双联过滤器过滤后，由比例阀通过切换阀、急停阀进入主配压阀上方主配控制腔。正常时，主配压阀下部恒压腔产生向上恒作用力，比例阀可以通过调整主配控制腔的压力来控制主阀芯向上或向下运动，打开主配压阀油口给导叶接力器配油，从而控制接力器运动。
工作时，调速器电气调节器采样导叶接力器位移信号4～20mA、主
配阀芯位置信号4～20mA，调节器根据运算结果从D/A输出±10Vdc控制信号，送到比例阀驱动器，来控制比例阀输出。当比例阀向主配控制腔通压力油，使主配阀芯向下移动，导叶接力器向开方向运动；同理，比例阀排主配控制腔压力油，主阀芯向上移动，接力器向关方向运动。当接力器调整到位后，控制主配压阀回到中位，比例阀回中位，切断了通往主配控制腔的油路，导叶接力器也将稳定不动（其实是动稳定）。这样，调速器完成了比例阀电液随动系统的调节过程。
4.3.4 步进电机伺服系统控制工作原理
当断电或切换到步进式无油自复中装置时，比例阀的控制油被切换阀切断，可由步进式无油自复中装置带动引导阀控制主配压阀动作。引导阀与步进式无油自复中装置通过铰接方式连成一体，它设计在主配压阀活塞上，引导阀阀套与主配压阀活塞连成一体，构成主配压阀对引导阀1:1的
机械位置反馈，形成主配压阀随动引导阀的闭环控制系统。
当引导阀处于中位时，主配控制腔被引导阀阀盘封闭，控制腔容积不变，主配压阀阀芯也将在中位保持不动，主配压阀停止给导叶接力器配油。
当引导阀偏离中位向下移动时，引导阀将主配压阀控制腔与压力油连通，主配压阀向下移动，引导阀套同时向下移动，直到将主配压阀控制腔封闭为止。反之，引导阀偏离中位向上移动，引导阀将主配压阀控制腔与回油连通，主配压阀向上移动，引导阀套同时向上移动，直到将主配压阀控制腔封闭为止。当调速器停电时，调速器切换阀自动切换到步进式无油自复中装置处，步进式无油自复中装置将引导阀定到中间位置、主配压阀定到中间位置，导叶接力器将保持原位置不动。
5 工作原理
5.1 自动开机
调速器无故障时，将导叶置自动状态，水头按当前实际水头设定（或者由自动水位装置给定测得的水头值），锁锭在拔出状态，紧急停机电
磁阀在复归位置，轮叶在起动开度位置（轮叶起动开度根据用户提供参
数在软件中设置），机组具备开机条件，由中控室或机旁盘发开机令给
调速器，调速器接收到开机令后，控制比例阀（步进电机），打开导叶。
过程如下：
导叶开至第一起动开度，机组转速开始上升。当机组频率>45Hz时，导叶回关到第二起动开度，PID参与调节，机组自动跟踪网频，如果无网
频信号或网频故障时，机组自动跟踪50HZ。
说明：空载开度、第一起动开度、第二起动开度由水头给定值确定，其中关系为：
空载开度<第二起动开度<第一起动开度
5.2 自动运行
5.2.1 在自动状态运行。可编程控制器采样机频、网频信号以及其它各种反馈信
号等进行运算处理后，PID运算值与主接位移相比较，有差值时，驱动比
例阀（步进电机），控制主配压阀偏离中间位置，同时中位传感器将主配
位置信号反馈到可编程控制器；当主配压阀位置与可编程控制器所要求的
值相时，比例阀（步进电机）回中；当主接位移值与PID运算值相等时，比例阀（步进电机）控制主配压阀回中，自己同时也回中，完成闭环调节。
5.2.2 负载运行：断路器合上后，机组运行在开度模式、功率模式或频率模式下，
在调速器面板上或中控室，可以增/减负荷（开度、功率给定），调节机
组出力。
调速器在负载工况下，有三种运行方式，频率模式、开度模式、功率模式。调速器在频率模式运行时，切除频率死区设置，系统频率波动
时，调速器会根据BP值、频差（系统频率－50HZ）做出相应值的调整。
此时，调速器会随系统频率频繁调节。调速器在开度模式运行时，投入
频率死区设置，系统频率在频率死区设置范围摆动时，调速器不参与调
节，系统频率摆动值超过频率死区设置时，调速器会根据BP值、频差（抵
消频率死区值）做出相应值的调整。此时调速器根据导叶给定值调节主
接力器。调速器在功率模式运行时，投入频率死区设置，调速器根据功
率给定调节主接器。
5.3 自动停机
将负荷减到零，断路器分后，调速器接到“停机令”后，控制器驱动比例阀（步进电机）、主配，关闭导叶，使机组停机。
5.4 甩负荷
自动状态下，调速器将快速关闭导叶，当频率回到50HZ，机组将自动跟踪网频，调节导叶开度。
5.5 手动开机
将调速器导叶置手动状态，锁锭在拔出状态，紧急停机电磁阀在复归位置，机组具备开机条件。纯机械手动时，向开启方向旋转导叶步进
电机上手轮（电手动时按导叶增加按钮）一角度，此时将开启导叶，控
制旋转的角度可以控制导叶开启的速度，导叶打开后，机组频率上升，
此时需要人为控制导叶，稳定机组转速。
5.6 手动停机
纯机械手动时，向关闭方向旋转导叶步进电机上手轮一角度（电手动时按导叶减少按钮），导叶主接接力器向关方向运动，导叶主接力器
全关后，机组停机。旋转手轮角度的大小可以控制关闭导叶的速度。5.7 紧急停机
紧急停机电磁阀接受机组保护紧急停机信号（或者按紧急停机按钮），切断导叶引导阀的油源，将主配控制腔接回油，实现紧急停机。
6 装置操作说明
6.1 调速器主要功能
手/自动开、停机及紧急停机；
导叶手动运行、自动运行；
远方控制、现地控制；
远方可进行自动开/停机、增/减负荷（或频率开度）等操作。
自动开机时可按水头计算最佳启动开度、空载开度；当没有水头信号
或水头信号不准确时，仍可以保证正常开机。
速动性好，操作安全可靠，可随时无扰动进行手/自动方式的切换。在
调速器停电的情况下可进行纯机械手动开/停机。
具有网频跟踪功能，使调速器快速并网发电。
调速器具备开度限制功能，运行人员可以方便从上位机或调速器触摸
屏中更改。同时，调速器具有按水头限出力限制和功率限制，按水头
限出力限制如投入运行，调速器根据水头，自动调整开度限制值。功
率限制根据运行人员设定的120%额定负荷限制，作为第二道限制机
组过负荷保护。
6.2 运行方式
可进行频率、开度、功率等运行模式的切换；
可进行导叶纯手动、电手动和自动运行方式切换；
可实现频率跟踪的投入切除；
人工频率死区的投入切除；
水头自动和手动切换；
6.3 运行时参数修改
运行水头；
开度给定、频率给定、功率给定；
电气开限；
PID参数；