調速器主接跟隨故障診斷及處理方法應用

涂 勇，陸勁松，陳自然

（中國長江電力股份有限公司向家壩電廠，四川 宜賓644612）

0 引言

某巨型電站是首個金沙江“西電東送”骨干電源點，是國調直調電站，電能主要通過特高壓直流送至華東，其安全穩定運行對電網至關重要，如何保障巨型機組安全穩定運行是一個值得關注和研究的課題。該電站水輪機調速器系統采用獨立的雙控制器冗余控制結構[1]，結合快速準確的故障診斷與處理機制，具備在故障狀態下自動切換控制通道，切換至純機械手動控制方式運行等功能，很好的滿足了機組安全穩定運行的要求，其中主接跟隨故障診斷與處理是該調速器的特點之一。

1 調速器主接跟隨故障判據

調速器主接跟隨故障的設計思想是當機組發生主接傳感器、主配位置傳感器故障或其他故障，導致機組導葉已經不能按照控制器要求正常動作時，調速器能夠快速準確做出判斷，并進行相應處理。

調速器主接跟隨故障在機組調速器控制軟件中定義為嚴重故障，若出現該故障，說明該套控制器及其控制通道已經無法正常的控制機組安全穩定運行，必須切換至備用控制通道或者純機械手動控制方式運行，否則機組就有可能發生負荷調節過慢、大幅波動情況，嚴重甚至引發逆功率事故停機的風險。由此可見，及時準確地判斷出主接跟隨故障是非常重要的，它是機組能夠對故障進行快速正確有效處理，防止電力事故發生和擴大的前提，既不能漏報也不能誤報，這對主接跟隨故障的檢測環節提出了很高的要求。

該電站調速器控制程序中，對主接跟隨故障的判據定義為：導葉開度反饋值與PID計算值差值大于3%、接力器運動速度小于2%/s且持續3 s以上。具體判斷流程如圖1所示。

圖1 主接跟隨故障判斷流程圖

2 調速器主接跟隨故障事件概況

2013年3～4月間，該電站7號機組在減負荷停機過程中，多次發生調速器雙套主接跟隨故障，調速器先后切換至備用控制器和純機械手動控制方式運行。圖2為某次故障發生時，機組導葉關閉過程和主配動作過程錄波曲線（其中：①為PID開度；②為導葉開度；③為主配給定；④為主配位置）。

圖2 故障時導葉關閉和主配動作錄波曲線圖

根據發生故障時的導葉關閉過程錄波曲線可計算出，在調速器報主接跟隨故障前，導葉的關閉速度為0.89%/s，開度給定和導葉實際開度差值大于3%，且持續時間為3 s以上。

由此可見，滿足調速器主接跟隨故障判據條件，調速器報雙套主接跟隨故障判斷準確。導葉關閉速度過慢是導致調速器主接跟隨故障發生的原因。

3 調速器主接跟隨故障原因分析

結合調速器液壓系統分析，可能導致導葉關閉速度過慢的原因有：

（1）主配卡澀導致開口過小，接力器配油速度過慢；

（2）3段關閉閥回油口過小，接力器回油速度過慢；

（3）接力器關閉水擊阻力過大或操作力過小，關閉速度無法達到要求。

機組調速器主接跟隨故障發生后，設備維護人員連續跟蹤故障機組運行狀態，對停機過程中導葉開度給定、導葉實際開度、主配位置給定和主配實際位置等參數通過錄波進行了跟蹤監視。

解決問題：如圖10，已知在平面直角坐標系xOy中，直線交y軸于點A，點A關于x軸的對稱點為點B，過點B作直線l平行于x軸.若動點C(x，y)滿足到直線l的距離等于線段CA的長度，求動點C軌跡的函數表達式.

根據運行監視情況，在相同水頭及工況下，同套控制通道下的同臺機組，在減負荷停機過程中，出現了正常和發生主接跟隨故障兩種情況，由此可以首先排除可能原因（3）。若故障原因為接力器關閉水擊阻力過大或操作力過小，關閉速度無法達到要求這種情況，則機組減負荷停機過程必然發生主接跟隨故障，而不是偶爾發生。

此后，設備維護人員進一步對比分析了故障機組在正常調節和發生故障情況下，導葉關閉和主配動作過程情況。

圖3為機組正常停機時，機組導葉關閉過程和主配動作過程錄波曲線（其中：①為PID開度；②為導葉開度；③為主配給定；④為主配位置）。

圖3 正常時導葉關閉和主配動作錄波曲線圖

根據正常調節時的導葉關閉過程錄波曲線可計算出，主配位置跟蹤到位動作時間為0.37 s；在主配開口在-1 146～-856之間時，導葉的關閉速度為1.98%/s。

而根據發生故障時的導葉關閉過程錄波曲線可計算出，主配位置跟蹤到位動作時間為0.41 s；在主配開口為-1 413～-1 786之間時，導葉的關閉速度為0.89%/s。

比較分析后發現：

（1）故障發生時，主配壓閥閥芯位置跟隨調速器主配位置給定信號過程正常，主配壓閥未出現卡澀現象；

由此可排除故障原因為主配開口過小，接力器配油速度過慢這種情況，初步判斷故障原因可能為三段關閉閥回油口過小，接力器回油速度過慢。

該電站機組停機過程采用3段關閉規律，故障機組在正常情況下的3段關閉曲線如圖4所示。

由圖4可知，機組3段關閉第1段拐點為導葉開度60%左右，而機組在停機減負荷過程中，多次報主接跟隨故障時間所對應的機組導葉開度都在第1段拐點以下附近位置，由此進一步判斷為機組停機減負荷過程中在接力器行程進入第2段關閉點后因接力器開腔回油不暢造成。根據機組的運行計劃，進一步安排停機檢修期間進行相關檢查、處理和試驗。

圖4 機組3段關閉曲線圖

4 調速器主接跟隨故障處理

4.1 處理前導葉關閉試驗

處理前具體導葉關閉試驗記錄見表1。

表1 處理前導葉關閉試驗記錄表

4.2 分段關閉閥處理

分段關閉閥結構圖如圖5所示。

圖5 機組3段關閉閥結構圖

處理步驟如下：

（1）用深度尺測量分段關閉閥2段插裝閥上限位螺桿露出閥體部分的高度，做好記錄。

（2）旋開2段閥下部控制油堵絲進行排油，松開上限位桿背帽，順時針旋緊上限位螺桿，對2段插裝閥進行限位。

（3）再次用深度尺測量上限位螺桿露出閥體部分的高度，做好記錄。

（4）對比2次高度差計算旋入深度。經過計算，限位桿向下旋入3.3 mm。

4.3 處理后導葉關閉試驗

處理后具體導葉關閉試驗記錄見表2。

表2 處理后導葉關閉試驗記錄表

4.4 試驗數據分析

由處理前的試驗數據可以看出：當導葉開度大小處于3段關閉曲線第1個拐點（導葉開度58.66%）以上時，保持的時間越長，第2段關閉耗時也越長。經過旋緊2段插裝閥閥芯上限位桿處理后，導葉2段關閉用時從16.73 s減小至10.9 s，恢復到正常水平。該現象說明：分段關閉閥2段插裝閥在無壓靜置時，由于閥芯下部彈簧頂托作用，并伴隨油液從閥芯與閥座間隙滲入到閥芯下部，2段插裝閥閥芯被抬高，從而引起導葉進入2段關閉后，主接開腔回油被2段插裝閥過度節流，這是導葉關閉速度過慢的原因。2段插裝閥芯靜置時間越長，滲油越充分，閥芯節流效果越顯著，第2段關閉時間也會越長。

5 結語

通過大量試驗和數據分析確定，該電站機組在停機減負荷過程中報主接跟隨故障原因為：停機過程導葉進入第2段關閉后，接力器開腔回油被分段關閉閥2段插裝閥過度節流，導致導葉關閉速度過慢。經過旋緊2段插裝閥閥芯上限位桿處理后，故障現象已消除，機組運行狀態正常。

實踐證明，該電站機組調速器控制程序中主接跟隨故障判據設計合理有效，調速器能夠快速準確判斷機組是否發生了主接跟隨故障，并及時采取正確的故障處理措施，能夠有效防止電力事故的發生和擴大，保障發電機組和電網的安全穩定運行。