掛治電廠機組槳葉反饋故障原因分析與處理

胡 豐，皮征永，張 洪

（掛治水電廠，貴州 錦屏 556700）

1 引言

掛治水電站位于沅水干流上游河段的清水江中下游，貴州省黔東南州錦屏縣境內，上游距離三板溪水電站約18 km，下距錦屏縣城約7 km，工程以發電為主。兼有改善航運條件等綜合利用效益，電站安裝3臺單機容量50 MW的軸流轉槳式機組，采用單回220 kV送出線路并入湖南電網。

掛治電廠投產時采用的是武漢能事達公司生產PID全數字式型微機電液調速器，投入運行14年，2021年掛治廠進行了2號機組A級檢修，檢修期間，對調速器系統進行了換型改造，采用了北京中水科水電科技開發有限公司生產的CVZT－100數字式水輪機調速器，槳葉反饋傳感器采用德國艾斯瑪公司生產的傳感器，其型號：WS10SG-375-420TL10-M4，傳感器設置了冗余配置。

拉線位移傳感器主要由兩個部分組成，機械部分與電子部分，電子部分一般安裝BEN編碼器，鋼絲繩由自卷彈簧始終保持收緊狀態，測量原理是鋼絲繩的直線位移轉換成旋轉量的電氣信號量。鋼絲繩緊繞在多圈測量輪上，每圈行程相同，鋼絲繩測量輪、卷簧輪與傳感器同軸聯動，因此在整個測量范圍內均為線性測量。拉線位移傳感器正常工作時輸出的是4～20 mA電流信號，以滿足機組運行及開停機期間的行程、高精度信號需求。

2 故障經過

2021年 4月 8日 20：19：00，2號機組停機，機組制動風閘復歸后，上位機立即出現以下報警信號：“2F：槳葉反饋（調速器通訊）故障”“調速器A機故障”“調速器B機故障”“調速器事故動作”“調速器急停閥動作”“機械事故動作”“調速器急停閥動作”“調速器A、B機同時故障動作”。中控室值班人員發現報警信號后，立即通知相關專業人員到達現場進行檢查，檢查發現2號機組調速器機械調節柜內急停閥動作、2號機組水車室內導葉全關、2號機組受油器內槳葉機械反饋裝置顯示開度為30%，機組導葉開度、槳葉開度與上位機一致，槳葉開機腔壓力表顯示 0 MPa。2021年 4月 11日 12：38：00，2號機組停機后再次出現槳葉反饋裝置故障的此類情況。

3 故障分析

掛治電廠槳葉開度傳感器采用3套控制，第1套傳感器信號直接輸入A機，第2套傳感器信號直接輸入B機，第3套公用傳感器通過隔離模塊分離，分別將槳葉開度信號傳入A、B機兩套控制器的第二路槳葉采集通道，如圖1所示：

圖1 槳葉傳感器信號傳輸圖

當A機控制器輪葉采集第一通道與第二通道發生偏差或者越限故障時，如果切換到B機運行，B機此時如果是正常的，則可判斷為第1套傳感器故障，如果此時B機也故障，則可判斷為第3套傳感器故障。如果A機運行正常，B機報輪葉故障，則可判斷為第2套傳感器故障。因此，按調速器設計思路，可判斷機組槳葉故障導致原因大概率為第3套傳感器問題，考慮到故障發生持續時間為40 s左右，且可以自動恢復，經過后期反復操作未發生此類情況。當調速器A機或B機采集值低于低限或高于高限設定值，在機組運行過程中控制器報調速器A機故障或調速器B機故障，機組穩定當前狀態，機組在并網前或停機過程中報調速器事故，則觸發機組機械事故動作急停閥停機。

上位機出現“調速器事故動作”“調速器急停閥動作”“機械事故動作”“調速器急停閥動作”報警原因分析：當機組調速器A機控制器大故障時，且調速器B機控制器正常，調速器會切換至B機運行。如果B機也故障，則A機繼續作為主用，同時A、B機報信號至監控。初步判斷槳葉反饋故障原因系公用槳葉拉線傳感器跳變引起。

通過上位機的報警信號分析可看出，槳葉故障報警每次出現在機組制動風閘復歸后出現。2號機組的調速器電氣調節柜與機組風閘制動柜相鄰，機組停機過程中，當轉速到20%額定轉速時，機組制動風閘自動投入，15 min后制動風閘自動退出（機組未發生蠕動，制動風閘不再投入）；風閘退出過程中，風閘制動腔排氣（0.6 Mpa低壓氣），排氣過程中產生振動干擾，導致相鄰的調速器電氣調節柜內槳葉信號發生異常。

4 故障處理

更換公用槳葉傳感器：機組停機后，現場將機組調速器控制方式切至“現地”位置，槳葉控制方式切至“手動”位置，斷開機組調速器電氣調節柜內PLC電源開關，對2號機組公用槳葉傳感器進行了更換。更換工作完成后，對傳感器信號線進行絕緣測量，測量結果絕緣值均大于1 000 MΩ，符合相關要求；對2號機組槳葉傳感器信號回路進行全面檢查，對信號回路接線端子進行了緊固，排查傳感器插頭接線處和電纜連接端子處是否有松動現象。

4.1 排除外界干擾因素

2號機組公用槳葉傳感器更換完畢后，第1次模擬2號機組制動風閘自動投入、上位機退出制動風閘操作，未出現異常報警信號，重復進行了3次機組制動風閘自動投入、上位機退出機組制動風閘操作，均未出現異常報警信號。

4.2 調速器程序優化

對2號機組調速器相關程序進行修改，將2號機組槳葉主備用傳感器采樣值超差>5%時，由原觸發調速器事故修改為只觸發調速器小故障不進行A/B機切換，優化邏輯判斷。2號機組停機狀態下，將停機態時槳葉人工開度死區由-9%調整為-2%，開機態時槳葉開度死區維持±0.3%不變

4.3 槳葉動作試驗

進行槳葉動作試驗，將2號機組槳葉的控制方式切至“手動”，手動將機組槳葉進行全關、全開全行程動作幾次，未出現槳葉反饋異常報警信號。向集控申請上位機開2號機組至空轉，槳葉動作靈活，且開度顯示正常，調速器系統運行正常，槳葉反饋裝置未發現異常。

通過采取上述的措施，2號機組運行至今未出現此類故障，槳葉反饋裝置運行狀態良好。

5 結論

拉線式位移傳感器是自動控制系統必不可少的設備，且應用廣泛，在水電廠中許多重要的設備都被應用，尤其是水輪機的導葉、槳葉反饋機構等設備。引發傳感器故障有許多因素，有外部因素：傳感器插頭松動、接線端子松動、信號回路故障、電磁干擾等；有內部因素：傳感器拉線斷股（斷裂）、傳感器拉線卡阻、傳感器內部彈簧張力不夠、內部元器件老化等。如何降低傳感器故障發生率及出現故障應急處置是保證電廠設備安全重要研究課題，本文介紹了電廠發生一起機組槳葉反饋裝置故障，通過對故障原因分析與處理，積累了寶貴的工作經驗，同時也為同類型設備故障處理提供了良好的借鑒。