洪江水電廠4#機導葉操作油管抽動故障診斷與處理

鄧會祥 曾華清

（湖南五凌電力有限公司 長沙市 410004）

洪江水電廠位于湖南懷化市洪江區(qū)上游4.5 km處，是沅水流域一期滾動開發(fā)項目之一，安裝有6臺單機容量4.5萬kW的高水頭燈泡貫流式機組，總裝機容量27萬kW，額定水頭20m，設計最高水頭27.3m，最低水頭8.4m，投產(chǎn)時是國內單機容量最大的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，目前仍是國內設計水頭最高的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。

1 洪江水電廠調速器介紹

洪江水電廠調速器由微機調速器和機械液壓系統(tǒng)組成，微機調速器包括主調節(jié)器、備用調節(jié)器，轉速測量裝置、現(xiàn)地面板和用于數(shù)據(jù)采集和信號轉換及隔離的外圍元件。微機調速器采用法國ALSTOM公司生產(chǎn)的PID型微機雙調節(jié)調速器，對水輪機的導葉和槳葉進行調節(jié)；調速器配置兩套完全獨立的調節(jié)器（N1500、N1000），互為備用，從電源回路到反饋信號的輸入回路均是獨立的，主用調節(jié)器發(fā)生重大故障時自動切換至備用調節(jié)器，并可對主用調節(jié)器檢查，排除故障后手動切回主用調節(jié)器；具有轉速控制、功率控制和開度控制三種方式，三種方式之間可以互相切換。自2003年3月8日首臺機組投入運行以來，調速器的穩(wěn)定性、可靠性和快速性均能滿足洪江水電廠的運行要求。

調速器型號：并聯(lián)PID數(shù)字式調速器；

額定壓力：6.4MPa；

導葉接力器容量：192dm2；

槳葉接力器容量：264dm2

導葉關閉時間：（6～20）s

槳葉關閉時間：（15～60）s

主要有如下特點：

（1）輸入輸出開關量經(jīng)繼電器隔離后引入調節(jié)器，模擬量輸入輸出采用隔離變送器，有利于提高調節(jié)器的抗干擾能力。

（2）機組轉速測量為齒盤測速和殘壓測速兩種方式，測速齒盤有三個感應式接近開關，一路引入N1500，一路引入N1000，第三路引入測速裝置ADT1000，ADT1000提供15對開關接點，接點可在（0～300）rpm之間任意整定；機組測頻電壓信號取自機端PT，網(wǎng)頻測量電壓信號取自主變低壓側母線PT。

（3）導葉開度反饋采用感應式線性傳感器，槳葉開度反饋采用位置變送器，導葉、槳葉主配壓閥位置反饋采用接近式傳感器，引入調節(jié)器的信號為（4～20）mA 的電流信號。

（4）導葉和槳葉具有協(xié)聯(lián)關系，不同的水頭具有不同的協(xié)聯(lián)曲線；采用兩段開機律，提高開機的速度，縮短開機時間；停機時采用分段關閉，減小快速停機或突減大負荷時產(chǎn)生的水錘效應。

（5）具有自診斷和程序診斷功能。當調節(jié)器出現(xiàn)一般故障時，如水頭、上游水位、模擬量設置等故障，程序能自動處理，繼續(xù)維持運行并不切到備用調節(jié)器；當調節(jié)器出現(xiàn)重大故障時，如輸入輸出板、接口板、位置控制器板和系統(tǒng)程序嚴重出錯等故障，能自動切到備用調節(jié)器工作，不影響機組正常運行，只有當兩個調節(jié)器均出現(xiàn)重大故障時，才通過停機電磁閥緊急停機；調節(jié)器出現(xiàn)故障時均有信號送至監(jiān)控系統(tǒng)。

2 故障現(xiàn)象

（1）1月24日6時，4#機運行時導葉操作油管、過速飛擺操作油管固定管卡松動，油管振動劇烈，并偶爾有抽動現(xiàn)象，部分螺栓用手可以擰動，當時負荷為10MW，調整負荷后抽動消失。

（2）1月29日上午，4#機運行時，當時負荷為30MW，出現(xiàn)同樣的抽動情況，停機后對管卡進行了緊固，開機至空轉正常。

（3）1月 30日 2：35，導葉操作油管再次出現(xiàn)同樣的異常抽動，當時負荷為45MW。

3 故障分析診斷與處理

從此次導葉操作油管抽動現(xiàn)象分析，可能與油管內有氣體存在，或者調速器內部與外部存在干擾信號，并且干擾信號頻率剛好達到了導葉操作油管路系統(tǒng)的共振頻率，由此對4#機進行全面的檢查，處理的思路是首先排除了油管內有氣體存在的可能，然后對調速器內部參數(shù)及外圍設備輸入輸出信號進行全面檢查核對，排除由于內部參數(shù)設置不對及輸入輸出信號造成干擾信號引起共振，再就是排除外部干擾信號引起共振。

（1）1月24日首次出現(xiàn)導葉操作油管抽動現(xiàn)象后，對4#機調速系統(tǒng)參數(shù)和導、槳葉協(xié)聯(lián)曲線進行了全面的檢查，然后對導葉和槳葉主配壓閥位置反饋量進行了檢查。

檢查到N1500的導葉主配壓閥位置反饋電流X1：403為4.928mA,到N1000的導葉主配壓閥位置反饋電流X1：407為4.978mA，與機組投產(chǎn)調試報告中 X1：403 為 5.03mA、X1：407 為 4.96mA 有一定的偏差。之后在停機狀態(tài)、壓力切斷、導葉全關時對主配壓閥的位置穩(wěn)定情況進行了觀測未發(fā)現(xiàn)異常，對比例閥狀態(tài)進行了觀測未發(fā)現(xiàn)異常。在機械專業(yè)人員對管卡進行全面的緊固后自動開機至空轉，并對空轉工況下導葉位置、主配壓閥位置、比例閥位置進行觀測未發(fā)現(xiàn)異常。在空轉穩(wěn)定的情況下并網(wǎng)帶1萬負荷運行，此時在檢查主配壓閥和比例閥位置曲線上有較多的尖波出現(xiàn)，但現(xiàn)場檢查導葉操作油管抽動平穩(wěn)，后帶4MW負荷運行，在對導葉位置進行觀測時發(fā)現(xiàn)其有一次比較大的抽動，導葉位置平穩(wěn)狀態(tài)下開度為16.2%，抽動時最大值為29.4%,在帶4MW負荷運行一段時間后轉為空轉狀態(tài)觀測，空轉穩(wěn)定。

（2）1月30日上午，由監(jiān)控系統(tǒng)模擬帶負荷運行，分別模擬帶25%、50%、75%、100% 的負荷進行觀測，在模擬帶負荷的過程中，調速器操作油管出現(xiàn)了異常抽動，并偶爾伴有劇烈抽動現(xiàn)象，油管抽動平穩(wěn)時導葉開度為8.7%,抽動狀態(tài)下導葉位置最大值為42.4%，在機組轉為空轉（即跳開勵磁開關）后運行穩(wěn)定，故初步判定為勵磁系統(tǒng)對調速器有干擾。

（3）在上述操作均由主用控制器N1500操作及監(jiān)視后，連接備用控制器N1000進行操作及監(jiān)視，并作相應的比較，之后將N1500與N1000反饋線進行換線檢查，發(fā)現(xiàn)仍有較多的尖波出現(xiàn)。

（4）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主配壓閥反饋電纜、比例閥電纜與勵磁電纜在同一個電纜橋架內，遂初步斷定為勵磁電纜對反饋電纜及比例閥電纜的干擾。檢查屏蔽線接地正常。將筆記本電腦連到N1500進行觀測，更換導葉比例閥電纜，空載狀況下異常抽動存在?；謴捅壤y電纜，更換導葉主配壓閥電纜，開機至空載，異常抽動依然存在。解開機端TV測頻線，投勵磁，仍有異常抽動，以及更換導葉比例閥電纜，解開機端TV柜內機頻線，異常抽動依然存在。

（5）將調速器電氣柜停電后再復電，空轉轉空載檢查，故障依舊，將導葉主配壓閥位置反饋傳感器位置進行調整，N1500與N1000反饋電流均調整到5.01mA，開機空載狀況下，抽動較以前穩(wěn)定，但未能從根本上解決。

（6）勵磁系統(tǒng)用示波器觀測波形正常，調速系統(tǒng)用示波器觀測無明顯異常，更換導葉接力器反饋電纜，調整部分參數(shù)前后在空載狀況下均有劇烈抽動。

（7）將4#機導葉位置變送器進行了更換，對導葉位置控制板POS板進行了更換，對PUI板進行了更換，對導葉主配壓閥位置反饋進行了調整，壓低導葉開限等均不能從根本上消除故障，均未能消除異常抽動。

（8）更換導葉位置傳感器，將4#機調速器N1500（主用控制器）導葉位置傳感器與 3#機調速器N1000（備用控制器）導葉位置傳感器互換，缺陷消除。開機帶負荷正常，機組轉備用。

4 故障處理總結

1 月24日首次對調速器系統(tǒng)進行全面檢查主配壓閥和比例閥位置曲線上有較多的尖波出現(xiàn)，同時對導葉位置進行觀測時發(fā)現(xiàn)其有一次比較大的抽動，由此可以判斷出確實存在干擾信號導致異常，在干擾信號源未確定的情況下，帶4MW負荷運行一段時間后轉為空轉狀態(tài)觀測，空轉穩(wěn)定，并且機組模擬帶負荷未出現(xiàn)異常情況。干擾信號的不穩(wěn)定給這次故障診斷處理過程增加了不確定性，也走了彎路。

對干擾信號的排查從上至下層層排除，機組開機、空載或運行，自動平衡狀態(tài)下，導葉接力器、操作油管等幅或非等幅周期性快速往復位移，伴有響聲，動幅大，快速高頻。嚴重時影響轉速正常調節(jié)，負荷快速交變，危及電網(wǎng)、機組安全和穩(wěn)定。一般多為電氣故障（或微機軟件）、液壓卡阻所致。

（1）油管內存在氣體導致操作油管抽動一般出現(xiàn)在調速器液壓系統(tǒng)充油后的前期，因為導、槳葉經(jīng)過多次的來回操作后大部分空氣已經(jīng)排出，而且后期產(chǎn)生的油管、接力器的抽動頻度、強度越來越弱。

（2）調速系統(tǒng)參數(shù)和導、槳葉協(xié)聯(lián)曲線問題導致的問題一般是機組空載、單機或并列運行，自動平衡狀態(tài)下，導葉接力器周期或非周期、等幅或非等幅低頻往復位移。動幅較大，頻率一般為2Hz以下（0.5Hz～2.5 Hz），接力器擺動往往會引起機組轉速擺動，調節(jié)不穩(wěn)定表現(xiàn)為持續(xù)不息或加劇，有時會自行消失。

（3）導葉位置、主配壓閥位置、比例閥、功率、頻率反饋根據(jù)其故障不同，調速器系統(tǒng)故障現(xiàn)象也不同。

（4）當機組未投勵磁時機組運行正常，投入后機組馬上有故障出現(xiàn)時可以斷定是勵磁系統(tǒng)引起的，但是這次故障診斷過程中并不是這樣的，其實原因很簡單，這是因為導葉位置傳感器間斷性故障導致的。

（5）主配壓閥位置、比例閥卡瑟會導致機組溜負荷或持續(xù)加負荷。

（6）外部電纜干擾對調速器系統(tǒng)的影響主要與干擾信號的特點有關。