水輪機調(diào)速器的簡介與故障處理

【摘要】水輪機調(diào)速器是水電站發(fā)電機組的重要控制設備，完成水輪發(fā)電機組的開機、停機、增減負荷、緊急停機等任務。本文通過對水輪機調(diào)速器的簡介，調(diào)試標準，常見故障分析處理做了詳細的說明，對調(diào)速器的運行和檢修有一定的指導意義。

【關鍵詞】調(diào)速器；電液轉換；接力器抽動；故障處理

1、簡介

水輪發(fā)電機組把水能轉變?yōu)殡娔芄┥a(chǎn)、生活使用。用戶在用電過程中除要求供電安全可靠外，對電網(wǎng)電能質(zhì)量也有十分嚴格的要求。按我國電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50Hz，大電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0.2Hz。因此，不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的輸出功率，維持機組的轉速在額定轉速（頻率）的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機調(diào)速器的基本任務。

水輪機調(diào)速器是水電站發(fā)電機組的重要控制設備，他與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機組的開停機、調(diào)負荷、緊急停機等任務。調(diào)速器還可以完成一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、按水位調(diào)節(jié)等任務。

2、水輪機調(diào)速系統(tǒng)的標準

2.1.《水輪機調(diào)速器及油壓裝置型號編制方法》JB/T2832-2004

2.2.《水輪機調(diào)速器及油壓裝置試系列型譜》JB/T7072-2004；

2.3.IEC60308《水輪機調(diào)速系統(tǒng)試驗國際規(guī)程》；

2.4.IEC61362《水輪機控制系統(tǒng)規(guī)范導則》；

測至主接力器的轉速死區(qū)不超過：≤0.02%

水輪機甩25%負荷后，接力器不動時間不超過：<0.2s

靜特性曲線非線性度：≤0.5%

甩100%額定負荷后轉速波動超過3%的波動次數(shù)不超過2次，由調(diào)速器引起的機組轉速持續(xù)波動相對值不大于：±0.15%。

從機組甩負荷時起，導機組轉速相對偏差小于±1%為止的調(diào)節(jié)時間與從甩負荷開始至轉速升至最高轉速所經(jīng)歷的時間的比值，對中、低水頭反擊式水輪機和沖擊式水輪機應不大于15；自動空載運行3分鐘，機組轉速相對擺動值不超過+0.15%。

3、常見故障分析及處理

3.1機組空載頻率擺動值過大

（1）如果手動空載頻率擺動值過大，例如：在0.5～1.0HZ，進一步選擇PID調(diào)節(jié)參數(shù)（bt、Td、Tn、或Kp、Ki、Kd）和調(diào)整接力器反應時間常數(shù)Ty，盡量減小機組自動空載頻率擺動值

（2）機組手動空載頻率擺動0.3-0.4Hz，調(diào)整PID調(diào)節(jié)參數(shù)bt、Td、Tn、或Kp、Ki、Kd無明顯效果，可能是隨動系統(tǒng)放大倍數(shù)偏小，死區(qū)補償不足。可考慮調(diào)整電液（機械）隨動系統(tǒng)放大系數(shù)，從而減小或加大接力器反應時間常數(shù)Ty。當調(diào)節(jié)過程中接力器出現(xiàn)頻率較高的抽動和過調(diào)時，應加大Ty值；若接力器動作遲緩，則應減小Ty值。

（3）機組頻率信號受到干擾，導致機頻無規(guī)則的擺動。常見的問題有：頻率線未用屏蔽線或屏蔽線接地不良，或一根頻率線懸空；頻率信號線與動力線近距離并行；

（4）接力器與導水機構間有過大的機械死區(qū)。這種情況下，調(diào)速器手動時機組頻率擺動可達0.2～0.3Hz甚至更大，自動時機組頻率擺動則大于或等于上述值，調(diào)節(jié)PID參數(shù)也無明顯效果，應停機檢查并處理。

3.2溜負荷（負荷緩慢下降）

（1）電液轉換部件卡在偏關側，機械閥組卡阻，導致機組負荷全部卸掉。

（2）綜合放大板開啟方向功率放大管損壞，造成調(diào)速器只能關，不能開。當系統(tǒng)頻率稍高時，調(diào)速器會不斷自行關小導葉，使機組卸掉部分負荷；對此情況，可以人為增減功率給定，檢查接力器開度能否隨之增大減少，就可做出判斷。

（3）導葉位移傳感器因定位螺釘松動，導致傳感器部分移位，致使輸出的反饋值大于實際導葉開度，此時，并網(wǎng)運行機組將自行卸掉部分負荷。

（4）因干擾或其他原因導致機頻的測頻出錯。若瞬時的干擾使調(diào)速器測得一個較高頻率，則調(diào)速器因頻率升高而關閉導葉，由于功給仍保持原值，導葉又會慢慢恢復到原有開度。

與溜負荷相對應的是自行增負荷故障，其原因與上述分析類似，但方向相反。

3.3接力器抽動

其故障原因可能有：

（1）位移傳感器松動或在某區(qū)域接觸不良，使得反饋信號時有時無，產(chǎn)生錯誤的反饋信號，引起接力器的抽動。

（2）隨動系統(tǒng)死區(qū)補償過大，使接力器在調(diào)節(jié)時出現(xiàn)過調(diào)，導致抽動。要減小電液（機械）隨動系統(tǒng)的放大系數(shù)。

（3）電液轉換部件卡阻。

3.4 甩負荷的不正常現(xiàn)象

（1）甩>75%額定負荷過程中的水壓上升值過大，按調(diào)保計算，加長接力器關閉時間值。

（2）甩>75%額定負荷過程中的機組轉速上升值過大，按調(diào)保計算，縮短接力器關閉時間。

（3）甩>75%額定負荷過程中的水壓上升和/或機組轉速上升值過大，按調(diào)保計算，調(diào)整兩段關機速度及拐點。

（4）甩>25%額定負荷時，導葉接力器的不動時間過長，檢查并減小機械液壓系統(tǒng)死區(qū)，加大Tn（加速度時間常數(shù)）或KD（微分系數(shù)）值

3.5水輪機微機調(diào)速器自檢發(fā)現(xiàn)的故障及處理原則

現(xiàn)代水輪機微機調(diào)速器，不論大型中小型都設置有故障自診斷功能，大型調(diào)速器一般設置的檢測項目多一些，靈敏度和準確率可能高一些，中小型水輪機微機調(diào)速器的設置的自檢項目數(shù)少，各調(diào)速器廠生產(chǎn)的產(chǎn)品還不盡相同，但一般設置了如下故障自診斷項目：

（1）機頻和網(wǎng)頻信號輸出突然消失或變化；

（2）導葉位置傳感器輸出突變或消失；

（3）水頭信號突變或消失；

（4）主配壓閥卡阻；

（5）電液隨動系統(tǒng)故障（包括電液轉換部件故障）；

（6）計算機主要模塊故障。

微機調(diào)速器檢測到以上故障后，均會自動做出處理，例如：自動轉入手動運行并發(fā)出故障報警信號。不論那種自檢出的故障，都會以有故障報警信號送到中控室或上位機，運行人員接到報警以后，無論調(diào)速器是否自動排除故障，運行人員都必須檢查故障是否排除，未能排除的故障應即時處理。

4、結語

水輪機調(diào)速器一個故障往往可由一種或兩種以上原因引起。有時呈現(xiàn)故障現(xiàn)象相同，但其原因卻不完全相同。所以，必須仔細認真，由外向內(nèi)，縮小范圍，迅速、準確地查找出故障點，及時加以排除，方可確保機組正常運行。

參考文獻：

[1]水輪機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)及原動機模型參數(shù)測試方案云南電力研究院2013年5月