淺析電站調(diào)速器與調(diào)壓閥的故障與處理

陳俊

摘要：本文介紹了調(diào)速器跟調(diào)壓閥液壓組合的原理及特點(diǎn),并對(duì)其在運(yùn)行中常見(jiàn)的故障進(jìn)行了分析及提出了相應(yīng)的處理方法。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器調(diào)壓閥組合應(yīng)用

一、調(diào)速器與調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)與功能

1.調(diào)速器系統(tǒng)組成

YWT—600系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器的PLC采用日本OMRON公司生產(chǎn)的先進(jìn)的CPM2A系列為其控制硬件主體,并采用了該公司生產(chǎn)的可編程漢化終端作為該調(diào)速器的主要操作和顯示平臺(tái),使該調(diào)速器具備了完善的調(diào)節(jié)控制功能和友好的人機(jī)界面,分別由3大部分組成。

1) CPM1A—MAD02模擬量I/O單元有4路模擬量輸入,可分別用來(lái)采集0~10 V的導(dǎo)葉開(kāi)度、水頭、機(jī)組有功功率等模擬信號(hào),并將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供給CPU單元進(jìn)行運(yùn)算及控制。

2) GFM41測(cè)頻模塊將由機(jī)端PT來(lái)的機(jī)組頻率信號(hào)和由系統(tǒng)PT來(lái)的電網(wǎng)頻率信號(hào)經(jīng)濾波后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,再由PLC的中央處理單元讀取,再經(jīng)PID運(yùn)算后去控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的開(kāi)或關(guān)。

3)電源變換模塊將開(kāi)關(guān)電源輸出的DC24 V電源由DC—DC變換器轉(zhuǎn)換為+5 V和+24 V電源,分別供頻率測(cè)量模塊和反饋電位器使用。

2.調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)及功能

TFW—Φ350調(diào)壓閥采用臥式布置,主要由閥體、閥蓋、閥塞、密封座、油缸體、活塞和補(bǔ)氣閥組成。調(diào)壓閥的開(kāi)啟和關(guān)閉由油缸體和活塞組成的操縱油缸控制,該油缸通過(guò)油管與特殊配壓閥連接。補(bǔ)氣閥作用是當(dāng)閥塞開(kāi)啟時(shí),空氣能均勻地進(jìn)入閥體中的負(fù)壓區(qū),以減輕調(diào)壓閥動(dòng)作時(shí)的振動(dòng)和噪音。調(diào)壓閥的作用就是解決速率和壓力升高的矛盾,使二者都控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi),即小負(fù)荷變化時(shí),調(diào)壓閥不動(dòng)作;甩較大負(fù)荷時(shí),調(diào)壓閥開(kāi)啟,增負(fù)荷時(shí),調(diào)壓閥不起作用。

二、調(diào)速器與調(diào)壓閥控制系統(tǒng)動(dòng)作原理

調(diào)速器與調(diào)壓閥液壓聯(lián)動(dòng)主要是靠調(diào)速器中的特殊配壓閥來(lái)控制,特殊配壓閥活塞同時(shí)控制調(diào)速器接力器和調(diào)壓閥的關(guān)閉和開(kāi)啟,確保兩者動(dòng)作協(xié)調(diào)可靠。特殊配壓閥中設(shè)有A、B、C、D共4個(gè)節(jié)流孔,各孔作用分別為A確定調(diào)速器和調(diào)壓閥慢關(guān)時(shí)間, B確定調(diào)壓閥快關(guān)時(shí)間, C為確定調(diào)壓閥全開(kāi)行程, D確定調(diào)速器快關(guān)和調(diào)壓閥快開(kāi)時(shí)間(見(jiàn)圖1)。

圖1調(diào)速器與調(diào)壓閥液壓原理

1)機(jī)組緩慢減負(fù)荷時(shí),配壓閥中活塞位移量≤h,壓力油只進(jìn)入接力器關(guān)閉腔P3,接力器P2腔接通回油,于是接力器向關(guān)閉方向移動(dòng),機(jī)組減少出力。此時(shí)調(diào)壓閥操作油缸P5腔通回油, P4腔通壓力油,調(diào)壓閥始終處于關(guān)閉狀態(tài)。

2)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí),如配壓閥活塞向上位移超過(guò)h值,壓力油進(jìn)入調(diào)壓閥油缸P5腔,迫使調(diào)壓閥開(kāi)啟,此時(shí)P4腔產(chǎn)生的壓力油與通過(guò)節(jié)流孔A的壓力油一同進(jìn)入接力器P3腔,使接力器向關(guān)閉方向快速移動(dòng)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷平衡時(shí),配壓閥活塞回到中間位置,機(jī)組和接力器就處于某一位置不動(dòng),而壓力油通過(guò)節(jié)流孔A進(jìn)入調(diào)壓閥P4腔關(guān)閉調(diào)壓閥(而開(kāi)啟腔通回油),調(diào)壓閥向關(guān)閉方向緩慢移動(dòng)直至全關(guān)。

3)在機(jī)組甩負(fù)荷和緊急停機(jī)時(shí),如果調(diào)壓閥失靈拒動(dòng),機(jī)組只能通過(guò)節(jié)流閥A的少量壓力油慢速關(guān)閉導(dǎo)葉,以保證引水管道壓力上升不超過(guò)允許值。

4)機(jī)組增負(fù)荷時(shí)主配壓閥活塞下移,壓力油進(jìn)入接力器P2腔,接力器P3腔通回油,于是接力器向開(kāi)啟方向移動(dòng),機(jī)組增加出力。此時(shí)調(diào)壓閥操縱油缸P4腔仍然通壓力油, P5腔通回油,調(diào)壓閥始終保持關(guān)閉狀態(tài)。

5)調(diào)壓閥還具有快關(guān)功能,如機(jī)組甩負(fù)荷后,調(diào)壓閥全開(kāi),而且又迅速增加負(fù)荷,主配壓閥活塞向下移動(dòng)時(shí),壓力油將通過(guò)2個(gè)節(jié)流孔A、B同時(shí)進(jìn)入調(diào)壓閥P4腔,使調(diào)壓閥快速關(guān)閉,保持壓力鋼管流速不變,避免產(chǎn)生負(fù)壓。

三、調(diào)速器與調(diào)壓閥常見(jiàn)故障原因分析和處理方法

1.開(kāi)機(jī)頻率異常問(wèn)題與處理

1.1開(kāi)機(jī)后機(jī)組頻率偏小

故障現(xiàn)象:開(kāi)機(jī)后,機(jī)組頻率跟蹤不到網(wǎng)頻頻率,使機(jī)組達(dá)不到并網(wǎng)要求。

原因分析:調(diào)速器運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)電氣開(kāi)度限制設(shè)置不合理,當(dāng)前水位過(guò)低,人工設(shè)定的水頭值與實(shí)際水頭開(kāi)度限制值不對(duì)應(yīng),當(dāng)前開(kāi)度限制值不能將導(dǎo)葉開(kāi)到空載開(kāi)度,因只有當(dāng)機(jī)頻大于45 Hz時(shí),調(diào)速器才能進(jìn)入空載PID調(diào)節(jié)狀態(tài)。使機(jī)組跟蹤電網(wǎng)頻率,才能使機(jī)組頻率迅速達(dá)到同期要求。

處理方法:在調(diào)速器觸摸屏上切到機(jī)旁操作,適當(dāng)增加開(kāi)度限制值。

1.2開(kāi)機(jī)后機(jī)頻無(wú)顯示

故障現(xiàn)象:開(kāi)機(jī)令后,機(jī)組已經(jīng)正常旋轉(zhuǎn)但調(diào)速器觸摸屏機(jī)頻無(wú)顯示。

原因分析:機(jī)頻信號(hào)斷線(xiàn)或測(cè)頻環(huán)節(jié)故障。

處理方法:檢查機(jī)組PT外部盤(pán)柜到調(diào)速器盤(pán)柜的機(jī)頻信號(hào)接線(xiàn)是否完好,測(cè)頻環(huán)節(jié)隔離變壓器輸出是否正常,如測(cè)得完好,說(shuō)明GFM41測(cè)頻模塊損壞,需更換。

1.3開(kāi)機(jī)后機(jī)頻波動(dòng)較大

故障現(xiàn)象:開(kāi)機(jī)后,機(jī)組轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大而機(jī)組頻率顯示在某一值沒(méi)變化,或在上下頻率偏差值較大范圍變化,使機(jī)組無(wú)法并網(wǎng)。

原因分析:當(dāng)機(jī)頻顯示值無(wú)變化是因?yàn)殡娫醋儞Q模塊將開(kāi)關(guān)電源輸出的DC24 V電源由DC—DC變換器轉(zhuǎn)換為+5 V和+24 V電源供頻率測(cè)量模塊和反饋電位器使用,當(dāng)供頻率測(cè)量模塊輸出電源不穩(wěn)定或值小于+5 V時(shí)會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。或者是調(diào)速器接力器滑塊帶動(dòng)推拉桿至控制環(huán)傳動(dòng)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)部件受到卡阻,及導(dǎo)葉內(nèi)卡有雜物,在這任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)卡阻就會(huì)影響到調(diào)速器動(dòng)作。此時(shí)調(diào)速器接力器接到開(kāi)或關(guān)動(dòng)作命令后,而實(shí)際導(dǎo)葉開(kāi)度總是滯后一定時(shí)間,而此時(shí)接力器再次增大開(kāi)或關(guān)命令,從而造成較大的超調(diào)量,使機(jī)組不能穩(wěn)定在某一參考值內(nèi)而反復(fù)動(dòng)作。

處理方法:測(cè)量電源變換單元線(xiàn)路板中7、8腳的輸出電源是否為+5 V。當(dāng)測(cè)得此值小于+5 V時(shí),更換電源模塊,開(kāi)機(jī)恢復(fù)正常。清除傳動(dòng)部件油污并加注黃油及潤(rùn)滑油使轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,停機(jī)后關(guān)閉進(jìn)水主閥,清除導(dǎo)葉內(nèi)雜物。

2.負(fù)載運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)負(fù)荷波動(dòng)

2.1并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組溜負(fù)荷

故障現(xiàn)象:機(jī)組負(fù)荷突降至零,并維持空載運(yùn)行或此開(kāi)度與輸出功率不符。

原因分析:故障分別是由機(jī)組斷路器誤動(dòng)作、導(dǎo)葉反饋斷線(xiàn)或反饋漂移等引起的

處理方法:對(duì)斷路器輔助接點(diǎn)采取可靠接觸的措施,重新校對(duì)導(dǎo)葉反饋的零點(diǎn)和滿(mǎn)度。

2.2運(yùn)行機(jī)組超負(fù)荷

故障現(xiàn)象:機(jī)組超負(fù)荷運(yùn)行,至機(jī)組過(guò)流或過(guò)負(fù)荷動(dòng)作跳閘。

原因分析:負(fù)載運(yùn)行時(shí)調(diào)速器是處于負(fù)載調(diào)節(jié)狀態(tài),此時(shí)當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后調(diào)速器電開(kāi)限程序自動(dòng)將導(dǎo)葉開(kāi)度限制值增加到100%開(kāi)度值,當(dāng)機(jī)頻信號(hào)中斷后,調(diào)速器就自動(dòng)快速將導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)到100%開(kāi)度值。這會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷(定子過(guò)電流),而機(jī)組電氣保護(hù)動(dòng)作而跳閘,對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行是不利的。

處理方法:要求運(yùn)行人員在帶到額定滿(mǎn)載負(fù)荷時(shí),將調(diào)速器開(kāi)度限制值減到略高于滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行開(kāi)度值,避免機(jī)組事故擴(kuò)大。同時(shí)聯(lián)系廠(chǎng)家要求更改調(diào)速器程序,使其具有自動(dòng)容錯(cuò)功能,即當(dāng)機(jī)組負(fù)載運(yùn)行且機(jī)頻丟失時(shí),則自動(dòng)取網(wǎng)頻作為機(jī)頻,穩(wěn)定運(yùn)行。如網(wǎng)頻也同時(shí)故障時(shí),則發(fā)出報(bào)警信號(hào),并保持故障前開(kāi)度不變。這樣就可以確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.調(diào)壓閥常見(jiàn)故障現(xiàn)象

3.1調(diào)壓閥動(dòng)作后不能關(guān)閉

故障現(xiàn)象:機(jī)組甩負(fù)荷跳閘且調(diào)壓閥打開(kāi)后,不能恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)。

原因分析:在動(dòng)作過(guò)程中有雜物進(jìn)入調(diào)壓閥卡在閥塞密封處,或在動(dòng)作過(guò)程中特殊配壓閥活塞有卡阻不能返回到中間位,而使調(diào)壓閥開(kāi)啟腔P5接通壓力油,使調(diào)壓閥保持打開(kāi)狀態(tài)。

處理方法:關(guān)閉主閥,檢查調(diào)壓閥密封是否有雜物并清理。關(guān)閉壓力管主閥,在調(diào)速器機(jī)旁切到電手動(dòng)操作到全開(kāi)位,再按緊停按鈕反復(fù)動(dòng)作幾次,使特殊配壓閥活塞返回到中間位,此時(shí)觀察調(diào)壓閥活塞是否關(guān)閉到位。

3.2調(diào)壓閥接力器漏油及漏水

故障現(xiàn)象:調(diào)速器總油量減少,使調(diào)速器蓄油罐氣比例增大,造成調(diào)壓閥關(guān)閉不到位、漏水及調(diào)速器動(dòng)作抽動(dòng)。在動(dòng)作過(guò)程中使油、水混合進(jìn)入調(diào)速器內(nèi),造成油變成乳白色。

原因分析:是調(diào)壓閥接力器兩側(cè)內(nèi)的油封及與閥塞相連的水封件破損造成。

處理方法:當(dāng)出現(xiàn)上述現(xiàn)象時(shí)必須及時(shí)更換密封件,以免造成更大的損失。

結(jié)語(yǔ)：

調(diào)速器與調(diào)壓閥是水電站發(fā)電的重要關(guān)鍵輔助設(shè)備,對(duì)它們存在的問(wèn)題及提前判斷處理是至關(guān)重要的,對(duì)其故障的排除迅速與否,直接關(guān)系著電站的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。