水輪機調速器抽動故障及消除措施

關君

摘 要：水輪機調速器系統主配壓閥閥芯，因受設計缺陷及運行環境等因素的影響，會在平衡點處隨機的上下抽動，導致機械液壓系統抽動，從而降低了調速器運行的可靠性，很大程度上影響了水輪發電機組的安全經濟運行。文章通過對水輪機調速器系統產生抽動的原因進行了分析，并提出了防止調速器抽動的相應措施，對同類水輪機調速器系統不穩定問題的出現具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：水輪機；調速器系統；抽動；消除措施

引言

水輪機調速器因受到生產廠商的設計缺陷以及現場的運行環境等多種因素的作用，其在運行過程中，會相繼發生機械液壓系統抽動，這樣不僅對水輪機調速器的穩定性能產生影響，也會對設備的使用年限造成一定的影響。該抽動故障的性質為偶發性，即使經過多次處理，還是無法對其進行有效根除，使得設備存在著較大的安全隱患。故水輪機調速器系統消除和防止產生的偶發性抽動關鍵所在，是通過水輪機調速器本身的相關性能加以完善，并優化其運行環境，而且注意在對水輪機調速器中，各種軟硬件進行完善和合理調整的同時，為滿足電網要求，其必須要達到國家規定的有關標準。

1 水輪機調速器在運行中的故障

水電站水輪機調速器在投運運營一段時間后，液壓系統就會呈現出循環性、周期性和機械性的抽動現象，致使水輪機調速器的主閥和引導閥，產生不同幅度和頻率的抽動，從而進一步影響到水輪機調速器在投入運營后安全穩定運行。水輪機調速器在運行過程中，對水電站水輪機進行安裝和改造時，水輪機調速器抽動也是常見故障。若故障沒有進行及時處理，則整個水輪機調速器就因機械振動造成損壞，設備出現的功能障礙，這樣調速器就很難發揮出對水輪機機組起到調整和限定的作用，將會對水電站電力系統釀成很大的安全隱患。

2 水輪機調速器運行中故障發生的原因

水輪機調速器通常采用內環控制體系，對其系統結構進行分析研究，利用主配壓閥閥芯位移傳感器，將采集到的主配壓閥活塞的位置信息進行轉換，通過轉換的電子信號來對水輪機調速器的工作轉臺進行相關反饋和最終確定。水輪機調速器所處的運行環境，主要是以不調節的平衡工況為背景，又因調速器主閥閥芯位移傳感器的電阻軌的材質多為導電塑料，經過長時間的運行，很容易對其造成磨損，引起主閥閥芯傳感器觸電接觸不良，進而會使主閥閥芯在平衡點處隨機的上下抽動的頻率加大，導致機械液壓系統在運行中發生抽動故障，從而制約著整個水輪機機組的運行。

除上述原因，水輪機導葉反饋發出信號的波動頻率較大，也是引起水輪機調節器在運行中產生故障的原因。導葉反饋會隨著振動頻率的變化而發生一定的變化，在這種變化下控制系統沒有辦法對信息進行收集，進而很難掌握內部的振動情況，從而增加了對抽動現象進行及時有效控制的難度，這就會使得主配壓閥產生抽動現象，是使水輪機調速器發生故障的主要原因。給水輪機機組器的安全穩定運行產生影響。

3 水輪機調速器故障的消除方法和防止措施

通過對水輪機調速器在運行過程中產生的障礙及其原因進行探討，發現最初需要將整個水輪機調速器系統做深入全面的研究，找出其在運行過程中出現故障的原因，尤其是發生抽動的原因，針對引起障礙的原因，采取相應的消除方法和防止措施。如果確認水輪機調速器系統是由于控制部分出現問題，使其產生抽動障礙，那么要采取的消除方法和防止措施則是對調速器的程序做有效的改進，讓水輪機調節器系統的性能加以完善。若是水輪機導葉反饋出現故障，在這類硬件方面的處理上，就需要將硬件做出及時的調整亦或做出更換，改進導葉反饋的安裝方式，改變安裝的位置，選擇更加穩定的地方，減少或者避免磨損現象的發生。對水輪機調速器在運行過程中產生的障礙進行消除的具體方法，主要包括以下內容：

3.1 設置水輪機調速器主閥的壓緊行程

水輪機調速器在進行安裝、調試的過程中，對水輪機調速器主閥行程的壓緊需在停機運行狀態下進行，給調速器設置一個較小的主閥伺服控制信號，通過對信號的控制，進而平衡了信號的波動頻率，有效的防止主配壓閥閥芯的抽動。

3.2 修改水輪機調速器數字閥控制和優化參數

為最大程度上減少或者避免水輪機調速器系統信號的震蕩及變化，可借助延時停止調速器數字閥輸出的方式。這樣就確保在調速器調節順暢的基礎上，做好對抽動障礙的預防工作。對水輪機調速器參數的優化，可采用增強PID算法。參數優化后，需及時在主閥數組中，將此偏差進行剔除，從而使被調節的量近乎于設定的目標值。需加以重視的是，水輪機調速器會在參數變化緩慢的情況下，產生比例和微分通道近乎于不起作用的現象，可通過對調速器的參數進行進一步調節，以實現水輪機調速器功能穩定、防止抽動故障發生的目的。

3.3 水輪機調速器進行濾波處理

當水輪機機組處于空載的狀態下，可通過對調速器主配壓閥進行調整，過濾影響主配壓閥的干擾信號，從而有效的避免水輪機調速器抽動障礙的發生。當水輪機組在運行的狀態下，此時既沒有增減信號優無非頻率調節，將比例伺服閥控制信號進行清零，該措施對水輪調速器穩定性能有很大程度上的提高，保證了水輪機機組與伺服閥的工作性能，延長了使用年限。

3.4 更換導葉反饋及安裝位置與主配壓閥閥芯位移傳感器

水輪機導葉反饋安裝于導葉接力器支座上。其采用直線電位器的形式，在開機后，導葉反饋的振動幅度比較高，反饋信號就容易產生波動現象，這樣就使水輪機調速器產生抽動障礙。故借助改變導葉反饋裝置的形式，在把機械轉換裝置安裝于水輪機層，從而有效的避免了振動問題干擾。

水輪機在實際運行中，主配壓閥閥芯的行程非常小，從提高控制精度方面考慮，對直線位移傳感器有效行程的選取原則，即不能與實際動作行程差距較大，但一般較小行程的直線位移傳感器多屬于導電塑料電阻軌型。以現場實際需要為依托，可將主配壓閥閥芯位移傳感器用非接觸式的反饋裝置來進行替換。

依據差動變壓器的工作原理，該類位移傳感裝置，利用套在線圈中的鐵芯在管內的移動，以達到對位移測量的目的。通過更換位移傳感器，主閥閥芯位移傳感器平衡點易磨損的問題就得到了有效解決。并且從使用情況觀察，水輪機調速器長期運行的要求能到完全得到滿足。

4 結束語

水輪機調速器有其自身的系統特點，它是一套自動控制系統，倘若其中的一個環節產生障礙，就很可能會引起整個水輪機調速系統的不穩定。實際工作中，應結合多方面的因素，以引起調速器在運行中產生故障的原因為出發點，逐步對水輪機的調速器的性能加以完善，提高自動控制設備的可靠程度，保障水輪機調速器能夠在安全可控的范圍內運行。

參考文獻

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