水輪機調速系統的應用與故障維修探究

梁春太

廣州市李溪攔河壩灌區管理處 廣東廣州

摘要：水電行業屬于我國的基礎能源設施，在近幾年的發展中其生產過程的自動化已經相當完善。要想保證水電站的發電工作能夠安全有效地進行，首先就要保障調速系統的正常運行。調速系統的應用以及故障的維修和排查對水電站的安全生產和提高發電效益至關重要。本文首先介紹了在我國的水電行業中水輪機調速系統的應用情況，其次針對在實際應用過程中發生的各種故障，進行了相應的維修探究。

關鍵詞：水輪機；調速系統應用；故障維修

在科學技術日益發達的現代化社會，各種工業生產設備的規模越來越大，效益也不斷提高。這種發展在一定程度上促進了工業的快速發展，為整個社會帶來了巨大的經濟效益，另一方面也向人們提出機器運行的安全性的新課題。在水電行業中雖然經過多年的發展各種設施已經相當完善，但是對于設備的維護方面還是有很大的欠缺。電力生產設備的維修費用的比例已經相當高，因此在保障安全性的前提下減少設備維護費用已經是人們不可避免的難題。

1水輪機調速系統的應用

1.1水輪機調速系統的基本結構

水輪機調速器是整個水電系統中最重要的結構，在整個電廠中起著非常重要的調節作用。水輪機調速器主要由測量元件、放大元件、反饋元件和執行元件構成。水輪機過流部件屬于控制的對象。在實際中人們常常把調速器以及其所控制的對象稱為水輪機調速系統，該系統的結構相當復雜。水輪機調速器的主要作用是調節水輪機導水葉的開度，在并入電網前調節機組頻率，并網后通過感知電網負荷的變化，對電廠的有功功率輸出進行及時的調節，同時要保證機組的正常轉速（對調相機組），只有這樣才能使發、供電網絡處于一個相對穩定的狀態。水輪機調速器的運行可靠與否不但直接影響所產電能的質量，甚至還會危及整個電力網的安全。

1.2水輪機調速系統的發展歷程

作為水輪發電機組中的重要組成部分，水輪機調速系統的性能直接影響到整個發電機組的正常工作以及發電廠的經濟效益。現代社會的科學技術日新月異的發展，在水電行業中也逐漸普及了微機調速系統的應用。從水輪機調速系統研發至今，我國的水輪機調速系統的應用也經歷了一系列的發展變化，其中最主要的變化體現在水輪機調速器的變化中。就我國的情況來看，水輪機調速器的變化主要有一下幾個階段：純機械液壓式調速器（俗稱機調）、電動液壓式調速器（俗稱電調）、可編程控制器電液式調速器（俗稱微機調）等，其中按照轉輪葉結構不同控制方式還可以進一步進行分類。調速器中的液壓隨動系統也由原來復雜繁瑣的多級液壓系統升級成了簡單明了的一級液壓系統。所有的這些變化在為在為電廠中調速器的選擇和革新方面提供了新型思路的同時，也為水電行業的發展帶來前所未有的便利。

1.3水輪機調速系統的工作機制

水輪機調速系統是水電站主要的控制設備之一，其主要的作用是根據一定的控制規律改變水輪機導葉開度以及輪葉的轉角，進而對于進入水輪機的水流進行相應的控制，從而達到保障機組正常運轉及與電網同步的目的。水輪機調速系統是一個比較完善的閉環系統，其主要構成有水輪機控制設備以及被控制系統。工作過程是：特定的測量元件將機組的轉速和有效功率測量出來，然后將這些測量結果與給定的信號和反饋回來的信號進行綜合，再將這些信息經過一系列內部機構的處理，最后把綜合的信息反映到液壓執行元件，作出調節導水葉和轉輪葉的動作。

水輪機調速系統的工作效果主要是通過機械液壓裝置來實現的，機械液壓裝置主要是由壓力罐和接力器構成的。首先向壓力罐氣囊中充入一定壓力的氣體，根據調速器的規格不同選擇性的充入空氣或者氮氣，之后利用螺桿泵或者是齒輪泵把壓力油抽入壓力罐中。在這個過程中，原本充入的高壓氣體的氣囊得到進一步的壓縮產生一定的壓強，這種力量施加在油面上產生壓力油，進而積蓄相應的能量。

受到電氣信號控制的電液轉換裝置產生一定的機械位移，借助壓力油產生的能量將液壓放大，進而產生一股強大的力來改變接力器的開度。進而改變導葉的開度和漿葉的角度，以達到控制導水機構的水流量的目的。

2水輪機調速系統的故障維修

2.1水輪機調速系統故障的主要類型

在水輪機調速系統中的設備形式多樣，因此每種形式設備所具有的故障類型也是多種多樣的，對于不同的故障類型我們應該采取不同的應對方式才能使整個系統的工作更加流暢。一般情況下，按照故障對于設備的影響時間可以分為永久性故障和暫時性故障；按照故障對于系統的正常工作的影響程度來看可以分為破壞性故障和非破壞性故障；按照故障發生的原因又可以分為內因故障和外因故障。總的來說，按照以往的故障發生和發展的過程可以將所有的故障分為突發性和漸變性兩大類故障。突發性的故障主要是指在故障發生之前整個系統并沒有特殊的征兆，故障的發生到產生相應的影響之間沒有相應的過渡階段，并且一般具有較強的破壞性，很難通過早期的實驗或者反映來進行故障的預防工作。漸變性故障指的是在進行實際工作的過程中，由于種種原因使得設備的性狀遭到一定的破壞，并最終超過設備自身的允許范圍發生相應的故障。

突發性故障與漸變性故障雖然有一些區別，但是在實際中這兩種故障可以在一定程度上進行轉化。當一些漸變故障達到某種程度之后就可以瞬間程度惡化，引起突發性故障。

2.2及時對系統中設備狀態的監測結果進行分析

對水輪機調速系統的設備狀態進行分析是建立在對其進行了全面監測的基礎之上的。要想真正掌握水輪機調速系統中設備的健康情況，就要用多種手段對調速系統設備進行檢測，進而對檢測結果進行全面分析。同時建立詳盡的設備檔案，在檢測過程中可以獲得大量的與系統設備分析和故障診斷方面有關的信息，對這些信息進行詳細的分析能夠可以在對設備的優化過程中起到重要的幫助。在對設備進行檢測的時候應該包括停機狀態和運行狀態兩個狀態，在對于處于停機狀態下的設備進行檢測的結果一般情況下能夠比較直觀的反映出設備的健康狀況，因此不需要進一步的深入分析。

2.3具體的故障維修方法

要想真正從維護方面提高設備的使用壽命就應該做到以下幾點：第一，注意保護油液的性能以及清潔。油液是水輪機調速器的主要工作載體，在運行過程中水輪調速器對于油液的粘度要求非常嚴格，粘度偏低會使設備轉動部分潤滑性變差，而粘度過高又會使設備在低溫時磨損增大。但是目前在水電行業中普遍使用的油液，其粘度非常容易受到周圍環境的影響。因此一定要注意保護好油液的相關性能以及其清潔度。第二，及時對泄漏情況進行處理。調速器在運行過程中的高速動性很容易造成一定范圍內的液壓沖擊進而造成一定的泄漏。要及時發現泄漏問題并給出相應的解決方法。第三，及時處理設備故障。在水輪機調速系統的運行初期是各種故障的多發期，這些故障都是由在進行設備安裝的過程中產生的細小誤差引起的，所以其發現和解決都是一件相當費時間的過程。要在系統運行初期對各種故障的產生進行特別的關注。其次在調速器運行的過程中也經常會發生各種事故，為了減少這類突發事故的發生就要定期進行相應的檢查，掌握各方面設備的實際情況。第四，加強工作人員的專業素質。雖然近年來我國的維修人員的技術、素質等都有很大的提高，但是相對于正真需要掌握的技能而言還是相差甚遠，由此造成有些電廠水輪機調速系統有時會出現一些“死故障”，提早報廢設備，造成不必要的損失。因此要不斷對維修人員進行相應的專業知識的培訓，提高其處理問題的綜合能力。

3總結

水電行業在我國的發展已經取得了令人驕傲的成績，并且隨著現代科學技術的進步，微機調速系統也已經被引入我國眾多的水電廠得以應用，自主研發的設備也獲得了很大程度的發展。但是盡管水輪機調速系統的發展態勢總體呈現良好的狀態，實際上還是存在許多亟待解決的現實問題。對于設備的故障維修就是其中最值得我們去研究的課題，相信經過各界的努力，水輪機調速系統將會更加完善。

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