水電站調(diào)速器常見故障及其維修檢修處理方法

萬雅男

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 伊寧 835000)

水力發(fā)電是最為環(huán)保的發(fā)電方式，因此得到國家的普遍重視，裝機(jī)容量越來越大。我國的水電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到數(shù)億千瓦，并且這個數(shù)字還在上漲階段。水力發(fā)電不僅對環(huán)境不會造成破壞，還可以節(jié)省大量的能源，在所有發(fā)電模式中，水力發(fā)電是非常重要的模式之一，對環(huán)境污染的可能性幾乎為零，可以被一直沿用。水電發(fā)電裝置中的主要組成部件就是調(diào)速器，可以按需調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行速度，讓系統(tǒng)頻率可以保持在指定區(qū)間。調(diào)速器出現(xiàn)故障是不可避免的，發(fā)生故障之后必將影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性，發(fā)電機(jī)組無法繼續(xù)聯(lián)網(wǎng)，所造成的影響非常大，因此需要就調(diào)速器可能出現(xiàn)的故障研究出具體的處理辦法，制定出應(yīng)急預(yù)案，調(diào)速器一旦發(fā)生故障可以在第一時間完成維修工作。

1 調(diào)速器存在的意義

1)可以調(diào)節(jié)沖擊式和轉(zhuǎn)漿式水輪同時運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的排斥反應(yīng)。

2)調(diào)節(jié)器可以幫助水輪發(fā)電機(jī)組分配到適當(dāng)?shù)呢?fù)荷，在節(jié)省成本的同時，發(fā)電機(jī)組還可以正常運(yùn)行。

3)水輪發(fā)電機(jī)組在啟動時，調(diào)節(jié)器可以幫助其加快速度，應(yīng)對不同的負(fù)荷，不會影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

4)幫助水輪發(fā)電機(jī)可以持續(xù)保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)速度，幫助水電站發(fā)電機(jī)組不受功率影響可以持續(xù)運(yùn)行。

2 水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用調(diào)速器的具體原理

通常情況下，水輪發(fā)電機(jī)由于能夠產(chǎn)生更大的發(fā)電量會被大電網(wǎng)準(zhǔn)入。電力系統(tǒng)的負(fù)荷并不固定，發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)之后其發(fā)電能力要隨時根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷做出調(diào)整，系統(tǒng)可以在正常功率內(nèi)正常運(yùn)行，并且系統(tǒng)頻率可以保持穩(wěn)定。如果功率平衡等級時，可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率解決這一問題。電力系統(tǒng)以此調(diào)頻需要借助調(diào)速器來完成，水電機(jī)組離不開調(diào)速器，火電機(jī)組也是如此。

3 調(diào)速器常見故障、原因分析以及處理方法

3.1 開機(jī)后出現(xiàn)的常見故障、原因分析以及處理方法

3.1.1 開機(jī)后發(fā)電機(jī)組網(wǎng)頻頻率低

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：諸多因素導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的網(wǎng)頻頻率與預(yù)期值產(chǎn)生有一定差距，各個發(fā)電機(jī)組無法并網(wǎng)，對預(yù)設(shè)的發(fā)電要求無法完成。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：調(diào)速器運(yùn)行參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)問題就會出現(xiàn)這些故障，在水位高度不足的情況下，水頭的實際值和設(shè)置值出現(xiàn)偏差，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)標(biāo)之后，導(dǎo)葉必將達(dá)到一定開度，完成機(jī)組對電網(wǎng)頻率的追蹤就可以解決這一問題。

故障維修處理方法：調(diào)速器如果出現(xiàn)這種故障可以在調(diào)速器的觸摸屏上對開度值進(jìn)行限制設(shè)置，基本上就解決了這種類型的故障。

3.1.2 開機(jī)后調(diào)速器顯示器功能異常

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：發(fā)動機(jī)運(yùn)行未受到影響，調(diào)速器的顯示器不能正常顯示。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：說明機(jī)頻信號出現(xiàn)異常。

故障維修處理方法：認(rèn)真檢查機(jī)組的信號傳遞是否正常，可能是線路中斷影響了信號傳遞，找到原因之后要在第一時間處理。

3.1.3 開機(jī)后機(jī)組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，機(jī)組頻率未受到影響，或者在一定區(qū)間內(nèi)變化明顯，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組無法并網(wǎng)。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：這種故障的主要誘因是電源模塊與之前相比產(chǎn)生差異，電源模塊經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后電壓變?yōu)?5伏或者+24伏，這樣在電源穩(wěn)定轉(zhuǎn)換受阻的情況下，調(diào)速器的顯示屏邊無法正常工作，或者是調(diào)速器的某些部件無法完成傳動導(dǎo)葉的正常運(yùn)作，調(diào)速器的運(yùn)轉(zhuǎn)同樣會受阻，在這種情況下導(dǎo)葉開度無法配合調(diào)速器接力器的工作，對其接收的命令無法第一時間完成，增加了其命令負(fù)荷，機(jī)組參數(shù)在某區(qū)間內(nèi)不停在浮動，機(jī)組運(yùn)動作業(yè)受阻。

故障維修處理方法：檢測電源模塊在轉(zhuǎn)換之后的電壓數(shù)值，正常為+5伏，未達(dá)到這個數(shù)值需要及時更換電源模塊，更換完成之后重啟機(jī)組，保持電機(jī)組清潔，對穩(wěn)定電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度有幫助。

3.2 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時導(dǎo)致負(fù)荷不穩(wěn)定的原因及處理方法

3.2.1 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行零負(fù)荷

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)異常，負(fù)荷值表現(xiàn)為零，機(jī)組無荷載，輸出功率與開度存在偏差。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：導(dǎo)致出現(xiàn)這種故障的關(guān)鍵是在操作機(jī)組斷路器時出現(xiàn)失誤，也可能時其他原因造成的。

故障維修處理方法：操作斷路器時要采取正確的方法。對可能導(dǎo)致故障發(fā)生的其他因素逐一排查。

3.2.2 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷過大

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷過大，導(dǎo)致跳閘。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：發(fā)動機(jī)組在運(yùn)行時承擔(dān)的負(fù)荷過大，調(diào)速器也會如此；并網(wǎng)后的機(jī)組對導(dǎo)葉開度的限制值會被調(diào)速器放到最大化，機(jī)組頻率會出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，調(diào)速器導(dǎo)葉開度穩(wěn)定的情況下，電流量會迅速增大，便會導(dǎo)致跳閘。

故障維修處理方法：發(fā)電機(jī)組運(yùn)行操作人員的具體操作辦法可以處理這一故障，負(fù)荷超出限制值時，機(jī)組操作人員可以在許可范圍內(nèi)加大額定值，可以有效控制事故進(jìn)一步發(fā)生。穩(wěn)定之后在第一時間與生產(chǎn)商取得聯(lián)系，獲取調(diào)試器程序更改辦法，要迅速解決故障才能讓事故發(fā)生在可控范圍內(nèi)。之后可以安裝超負(fù)荷報警系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)問題可以及時做出處理，避免不必要的損失。

3.3 電氣故障出現(xiàn)的原因及處理方法

3.3.1 開機(jī)前光字牌位置偏移

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：開機(jī)前一段時間，光字牌位置出現(xiàn)偏移，脫離了調(diào)節(jié)器的控制。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：發(fā)生這種故障與調(diào)速器本身有很大關(guān)聯(lián)，主要是因為馬達(dá)無法正常工作，可能是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中震動導(dǎo)致馬達(dá)螺絲松動并掉落。這是調(diào)速器長期被震動導(dǎo)致的。

故障維修處理方法：檢查調(diào)速器馬達(dá)的固定螺絲是否脫落，固定好脫落的螺絲之后可以檢查其他螺絲是否出現(xiàn)松動脫落跡象，并一起處理。螺絲擰緊之后依然無法保證固定性，可以采用其他方法，比如膠水等可以幫助螺絲固定，也可以換其他可以固定的螺絲。

3.3.2 柴油機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障

調(diào)速器出現(xiàn)故障的具體表現(xiàn)：在所有運(yùn)行參數(shù)均未發(fā)生任何異常的情況下，柴油機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)速器對其也失去作用。

出現(xiàn)這種故障的主要原因：發(fā)生這種故障還是調(diào)速器出現(xiàn)了問題，其電氣高速限位止動螺絲錯開了原有位置導(dǎo)致該故障的發(fā)生。

故障維修處理方法：將電氣高速限位制動螺絲移到正確的位置上，保證柴油機(jī)無論是空載還是滿載狀態(tài)都可以正常運(yùn)行。

4 案例簡析

此次的案例分析選取了IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)完成水輪機(jī)調(diào)速器的故障分析。IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的構(gòu)造細(xì)節(jié)如圖1所示。

圖1 IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)

電力變壓器和發(fā)電機(jī)組是構(gòu)成IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的主要電氣設(shè)備，數(shù)量分別為3臺和5臺，這5臺發(fā)電機(jī)組包括三臺水電機(jī)組和兩臺火電機(jī)組，水電機(jī)組分別為1、4和8節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)負(fù)荷總量為260兆瓦。IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)有關(guān)于變壓器和線路的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。不同狀態(tài)的機(jī)組調(diào)速器所產(chǎn)生的故障做出分析如表1所示。

表1 調(diào)速器的故障狀態(tài)

如表1所示，假設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷總量的十分之一便是功率缺額，假設(shè)調(diào)速器運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低時，發(fā)電機(jī)組的功率缺額為系統(tǒng)負(fù)荷總量的二十分之一，那么調(diào)速器在運(yùn)轉(zhuǎn)速度升高時，其發(fā)電機(jī)組功率缺額在系統(tǒng)負(fù)荷總量的占比與運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低時一致；功率缺額為正或者負(fù)，調(diào)速器均無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對調(diào)速器產(chǎn)生的不同故障表現(xiàn)出的狀態(tài)，做出以下分析如表2所示。

表2 系統(tǒng)頻率表

從表2中我們可以看出，系統(tǒng)功率缺額為正數(shù)時，系統(tǒng)頻率偏低，主要原因是系統(tǒng)負(fù)荷超出了發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的載荷。系統(tǒng)功率缺額為負(fù)數(shù)時，系統(tǒng)頻率偏高。調(diào)速器作為水輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部件，可以維護(hù)水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此要重視調(diào)試器的日常維修和養(yǎng)護(hù)工作，保證其可以高效運(yùn)轉(zhuǎn)，為水輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障，為水力發(fā)電工作保駕護(hù)航。

5 結(jié)束語

水電站發(fā)電機(jī)組離不開調(diào)速器的作用發(fā)揮，它并不是發(fā)電機(jī)組主體結(jié)構(gòu)，其功能和作用卻是無可替代的。調(diào)速器的正常運(yùn)行時保證發(fā)電機(jī)組安全正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，必須做出日常檢修和保養(yǎng)工作，一旦出現(xiàn)故障要在第一時間處理，可以有效控制事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，產(chǎn)生不必要的損失，讓水力發(fā)電機(jī)組可以高效安全運(yùn)行，真正實現(xiàn)水力發(fā)電無污染、綠色節(jié)能的特點(diǎn)。就水電站調(diào)試器可能出現(xiàn)的故障給出問題產(chǎn)生的原因及其解決辦法，并結(jié)合IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，通過案例分析法對所提出的故障處理方法做出研究分析。最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有效的處理調(diào)速器故障，可以降低許多不必要的經(jīng)濟(jì)損失，對水力發(fā)電企業(yè)而言是提高企業(yè)效益的有效辦法。