水電站調(diào)速器常見故障技術(shù)處理探索

劉志平

（廣東水電二局股份有限公司，湖南 懷化 418199）

1 水電站調(diào)速器介紹

1.1 原 理

調(diào)速器的設(shè)計(jì)多位于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的中間位置，水電站的水輪機(jī)多在大負(fù)荷電網(wǎng)中運(yùn)營。負(fù)荷因供電幅度的不同可隨時改變電壓，而發(fā)電機(jī)組則完全根據(jù)負(fù)荷的數(shù)值高低做出迅速的出力調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)隨時電力平衡，以保證水電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果功率改變，相應(yīng)的就要做一次調(diào)頻。調(diào)速器是調(diào)頻的關(guān)鍵設(shè)備，任何發(fā)電廠都會配置這一設(shè)備[1]。

1.2 作 用

調(diào)速器的作用具體如下。

（1）能夠使轉(zhuǎn)漿式和沖擊式水輪配合運(yùn)轉(zhuǎn)，彼此調(diào)節(jié)。

（2）能夠?qū)λ啺l(fā)電機(jī)之間的負(fù)荷進(jìn)行合理分配，以確保水電站發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

（3）能夠啟動水輪發(fā)電機(jī)組的快速手動和自動檔，使得發(fā)電機(jī)組在其所受負(fù)載發(fā)生改變的情況下也能照常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）能夠維持發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速正常，盡可能減小與額定轉(zhuǎn)速之間的差距，保障水電站發(fā)電機(jī)組在正常功率范圍內(nèi)工作[2]。

1.3 調(diào)速器必須滿足的條件（即穩(wěn)定性）

當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與設(shè)定值差距較大時，調(diào)速器需要做出對應(yīng)的反應(yīng)行為，同時還必須具備一個能隨時發(fā)作的恢復(fù)力來使調(diào)速器恢復(fù)到初始狀態(tài)。產(chǎn)生這種恢復(fù)力的核心零件是離心調(diào)速器中的彈簧。這種有恢復(fù)力的調(diào)速器被稱作靜態(tài)穩(wěn)定的調(diào)速器。但靜態(tài)穩(wěn)定的調(diào)速器也可能在調(diào)節(jié)過程中表現(xiàn)出動態(tài)不穩(wěn)定性。例如，由于調(diào)節(jié)行為過度而產(chǎn)生反向調(diào)節(jié)的情況，實(shí)際調(diào)節(jié)行為會產(chǎn)生一個振蕩過程。動態(tài)穩(wěn)定的調(diào)速器就是使這種振蕩能夠快速衰減的調(diào)速器，動態(tài)不穩(wěn)定的調(diào)速器是不能保證水輪機(jī)組正常工作的[3]。

在水電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增加阻尼可以起到提高動態(tài)穩(wěn)定性的作用。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的阻尼，如運(yùn)動中的摩擦，會降低調(diào)速器的靈敏度。當(dāng)被控制軸的轉(zhuǎn)速與設(shè)定值產(chǎn)生微小偏差時，調(diào)速器無法做出對應(yīng)行為。通常，機(jī)械式調(diào)速器的不靈敏性大概是其設(shè)定值的1%。但是，靈敏性過高的調(diào)速器也會由于機(jī)組正常運(yùn)作過程中周期性的速度波動而做出不該做的調(diào)節(jié)行為[4]。

2 常見故障原因分析和處理方法

2.1 水輪機(jī)組開機(jī)頻率異常問題與處理

（1）開機(jī)后機(jī)頻波動較大。該故障主要表現(xiàn)在啟動開機(jī)后，機(jī)組轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大波動而機(jī)組頻率顯示固定在某一值，或頻率波動上下偏差過大，影響機(jī)組并網(wǎng)。這類故障產(chǎn)生的原因一般是電源變換模塊將開關(guān)電源輸出的DC24電源由DC—DC變換器轉(zhuǎn)換為了+5 V和+24 V電源供頻率測量模塊和反饋電位器使用。如果供頻率測量模塊輸出電源不穩(wěn)定或小于+5 V，或者是調(diào)速器接力器滑塊帶動推拉桿至控制環(huán)傳動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動部件受到卡阻，或者導(dǎo)葉內(nèi)卡有雜物，將會對調(diào)速器的調(diào)節(jié)行為產(chǎn)生影響。當(dāng)調(diào)速器接力器收到開或關(guān)的行為命令時，實(shí)際導(dǎo)葉開度通常會延遲一段時間，此時接力器又增大開或關(guān)的行為命令，從而造成較大的超調(diào)量，使機(jī)組不能穩(wěn)定在某一參考值內(nèi)而反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。對于此類故障，檢測電源變換單元線路板中7、8腳的輸出電源是否為+5 V。若測量值小于+5 V，更換電源模塊，即可正常開機(jī)[5]。

（2）開機(jī)前調(diào)速器無反應(yīng)。該故障的主要表現(xiàn)形式為：在初開始和開始的中期，光字牌無法處于最小位置，調(diào)速器對光字牌的調(diào)節(jié)無效。產(chǎn)生這種故障的原因可能是調(diào)速器的馬達(dá)產(chǎn)生故障，也可能是螺絲脫落。馬達(dá)故障和螺絲脫落很可能是由于水電站發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的震動造成的。需要確定馬達(dá)中脫落的螺絲位置，操作將其固定，并且隨時或者定期重復(fù)檢查該螺絲是否還有脫落風(fēng)險。若檢查出還是不牢固，必須采用膠水或其他措施來緊固螺絲，或者換新的螺絲。

（3）機(jī)組在運(yùn)行中的負(fù)荷故障。發(fā)電機(jī)組若處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)，可能導(dǎo)致跳閘。產(chǎn)生這種故障的原因可能是發(fā)電機(jī)組處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)時，調(diào)速器也同步處于超負(fù)荷的工作狀態(tài)，機(jī)組并網(wǎng)后，調(diào)速器會按程序?qū)?dǎo)葉開度快速增加一倍，達(dá)到滿負(fù)荷開度值，系統(tǒng)頻率指示斷開，而調(diào)速器開度保持原樣，將直接產(chǎn)生定子超電流的狀況，進(jìn)而導(dǎo)致跳閘。對于這種故障，要認(rèn)識到它產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性。此時，技術(shù)人員可以將額定載荷最大化，并同時操作將定值降到最低限，防止問題趨于嚴(yán)重，也可以詢問廠家能否對調(diào)速器進(jìn)行自行更改。若此類故障再次發(fā)生，可以通過報(bào)警裝置獲得超載信息，以便及時處理故障，減小損失[6]。

3 結(jié) 論

調(diào)速器是水電站發(fā)電的重要設(shè)備。經(jīng)驗(yàn)豐富的處理人員會根據(jù)水電站調(diào)速器實(shí)際情況與應(yīng)用現(xiàn)狀，嚴(yán)格服從流程檢測，研究發(fā)生故障的原因，一步一步地對調(diào)速器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行診斷和處理。水電站調(diào)速器故障的診斷與處理效果直接關(guān)系到水電廠的運(yùn)轉(zhuǎn)效率、安全性及經(jīng)濟(jì)效益，因此應(yīng)格外重視。