芻議水電廠水輪機調速器及接力器的改造策略

劉宇鵬

【摘?要】在能源枯竭問題日益嚴重的今天，水力發電作為對環境影響較小的可再生能源，目前雖然已經得到了社會的廣泛關注，但在水電機組設備問題的影響下，電廠的發展卻仍然面臨著很多的困難，而水輪機調速器及接力器的問題則正是其中之一。為此，本文對水電廠水輪機調速器及接力器的常見問題進行了分析，并在此基礎上圍繞水輪機調速器及接力器的改造展開了探討，希望能夠對水電機組運行穩定性的提升起到一定幫助。

【關鍵詞】水輪機;調速器;接力器

引言：水輪機是水力發電機組中的動力機械，而調速器與接力器則是水輪機的重要組成部分，其中調速器主要用于調節水輪機轉速，對空載擺動、空載擾動、甩負荷、不動時間等運行數據進行測試，接力器則通常屬于控制操作裝置，二者對于水輪機乃至整個水電機組的運行都有著非常重要的影響。因此，無論調速器還是接力器，只要出現了故障問題，水電站的日常運行都會受到影響，而對于水輪機調速器及接力器的改造也是非常必要的。

一、水電廠水輪機調速器及接力器的常見問題

（一）調速器線路老化問題

水輪機調速器作為調節水輪機轉速的重要設備，其內部各元件均由模擬式集成電路構成，由于這類電路的熱穩定性與抗干擾能力均比較差，因此在長期高負荷運轉的狀態下，很容易出現老化問題，并引發線路短路、燒毀等各種故障，從而影響調速器的正常運行。另外，水輪機調節器為單調節通道，任何元件出現故障都會使調速器系統受到影響，因此一旦調速器線路出現老化故障，往往很難迅速判斷出故障位置及故障原因，維修難度也是相對較高的。

（二）調速器自動化問題

水輪機調速器最初主要為手動調速器以及手控電動調速器為主，近年來隨著自動化控制技術的發展，自動調速器開始逐漸成為主流并在水電廠水輪機中得到了廣泛應用。與傳統調速器相比，當前國內水電廠水輪機所安裝的自動調速器雖然能夠完成自動開機等無人操作，但由于調速器對于機械開度有著明確的限制，因此并不能夠實現遠程控制，只能在現場先對機械開度限制機械進行操作，之后水輪機調速器才能夠自動開啟，這與其他自動化控制設備相比存在著很大的限制，同時也在一定程度上影響了水電廠水輪機的運行效率[1]。

（三）調速器性能問題

從當前水電廠對水輪機的功能要求來看，當前水輪機調速器在性能上仍存在著不小的問題。一方面，隨著國內水力發電行業的不斷發展，各水電站的發電能力都得到了很大的提升，水電機組對于水輪機調速功的要求也大大提高，但在很多水電站中，由于水輪機自動調速器的引入時間較早，因此其水輪機調速器接力器的調速功并不能夠滿足水電機組的調節性能要求。另一方面，部分水輪機調速器目前只能夠對空載、負載兩組固定參數進行調節，而在水電機組復雜的運行工況下，兩種簡單的調節參數顯然是無法滿足水電機組調節性能需求的。

（四）調速器接觸問題

從水輪機調速器的內部結構原理來看，無論是對于調速功的調節還是對頻率的調節，都需要依靠伺服電機來驅動電位器進行控制，但由于伺服電機與電位器間的接觸并不穩固，因此在進行自動發電控制時，經常會出現調速器反應過慢、機械空載開度限制無法實現自動變化的情況，必須要由人工進行調整才能夠繼續運行，最終使水電機組運行效率受到了影響。

（五）接力器部件剛度問題

接力器作為水輪機的重要組成部分，在設計階段通常并不會對剛度提出專門的要求，但由于接力器位于集油箱內部，推拉桿、活塞環、作用筒密封盤根等部件很容易受到油壓的影響，因此在水輪機運行過程中，如果油壓持續提高并高出一定界限，那么這些配件都可能會因剛度不足而出現損壞，并造成不同的故障問題。例如接力器作用筒密封盤根損壞后會導致滲油問題，而推拉桿損壞則可能會使接力器無法控制。

（六）接力器檢修問題

位于水輪機集油箱內部的接力器雖然節省了很大的空間，但卻給檢修工作帶來了很多的困難。一方面，在接力器出現問題后，由于其位于集油箱內部，無法直接進行觀察，因此很難及時發現，即便確定接力器出現故障，也只能先將電氣柜、集油槽等部件拆除再進行觀察與故障診斷，其過程十分麻煩，維修效率也比較低。另一方面，集油槽油箱內部雖然預留出了一定的檢修空間，但由于檢修空間十分狹小，因此檢修與維護工作很難展開，這同樣影響了檢修工作效率。

二、水電廠水輪機調速器及接力器的改造策略

（一）合理選擇調速器

在水電廠水輪機調節性能要求不斷提高的背景下，很多水電廠所采用的原有調速器已經很難滿足水電機組實際運行需求，必須要更換性能更加優異的調速器，而在對調速器的選擇上，則需要對以下幾方面問題加以注意：首先，受應用時間等因素的影響，國產調速器在工作效率上與部分發達國家的調速器相比仍存在著一定的不足，但由于國外水力發電行業習慣及調速器控制系統語言都與國內存在較大的差異，因此實際應用起來難度非常大，如非特殊情況應盡量選擇國內調速器進行更換。其次，在不同水電廠的水電機組運行需求差異較大的情況下，調速器的功能要求雖然應根據實際情況而定，但在總體上應符合結構簡單、抗油污能力強、靜態耗油量小等機電要求，在運行穩定性、可靠性、安全性上也必須要符合相關行業要求[2]。最后，由于當前水電廠的水輪機調速器基本均為自動化的可編程調速器，因此在功能設計上應充分考慮到水電機組的自動化控制要求。例如在運行模式上，應根據水電機組復雜的運行工況來設計頻率調節、開度調節、水位控制等多種運行模式，以保證調速器調節功能的靈活性;而在人機交互界面的設計上，則要選擇彩色觸摸屏，以提高調速器操作的便捷性以及信息顯示的全面性、清晰性。

（二）更換接力器

在調節器改造中，對于接力器設備同樣需要進行更換。一方面，當前水輪發電機組對調速功的要求均在3000kg.m以上，因此在選擇或設計接力器時，必須要按照這一標準進行，以保證接力器能夠滿足發電機組的調速功要求。另一方面，接力器的各項性能參數同樣是選擇接力器時所需要考慮的重要因素，如液壓缸缸徑、接力器容量、控制桿桿徑等，都必須要根據發電機組的實際運行要求來進行選擇。

（三）應用抗干擾技術

由于水電廠內部的電氣設備較多，很容易對水輪機調速器的信號輸入輸出造成干擾，影響調速器反應速度，因此在調速器改造過程中，應對磁電隔離、光電隔離等抗干擾措施進行應用，對調速器內部輸入、輸出通道進行抗干擾處理，以提高整個系統的抗干擾能力。

（四）應用冗余系統結構

從總體上來看，水輪機調速器的故障問題是比較多樣的，很難完全通過設備改造、更換來進行規避，因此在改造過程中，還需采用冗余系統結構對調速器進行設計，一方面利用軟件模塊來實現調節器的各項調節功能，另一方面則要在系統內部增設容錯與自診斷功能，這樣即便調節器出現接力器無法及時反饋、電液轉換器卡阻等故障問題，調節器也能夠在容錯模式下繼續保持穩定性運行，不會對水力發電造成影響[3]。

（五）調整油壓

為降低集油箱內油壓對接力器部件造成的金屬疲勞損傷，接力器改造中應對油壓裝置的額定工作壓力進行適當調整，具體壓力值可根據接力器部件的剛度情況及調速器運行需求而定。

（六）調整接力器布置方式

為方便接力器故障檢修與維護，可將其從集油箱內取出，布置在水輪機層機墩外部，這樣既可以便于觀察，檢修空間也更大，一旦接力器發生故障，無論是檢修成本還是檢修效率都能夠得到提升，另外，由于接力器的布置發生了改變，因此還需對機械液壓系統的管路進行重新設計。

結束語：總而言之，調速器作為水電廠水輪機的重要輔助設備，其在性能、接力器布置方式、自動化設計等方面雖然存在著不小的問題，但通過對調速器、接力器設備的改造與更換，這些問題仍然能夠得到有效解決的，而調速器的功能作用也會在改造后實現進一步提升。

參考文獻：

[1]藍曉溪，陳啟明，肖鵬等.組合式水輪機調速器的改造探討[J].小水電，2018（04）：49-54.

[2]魏聞天，薛海波，紀慶周.柴河電站水輪機調速器技術改造[J].中國水能及電氣化，2016（06）：42-45.

[3]張家勇.長龍水電廠水輪機調速器及接力器的改造[J].科技創新與應用，2016（07）：94-95.

（作者單位：松花江水力發電有限公司吉林豐滿發電廠機械工程處）