水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與故障維修探究

梁春太

廣州市李溪攔河壩灌區(qū)管理處 廣東廣州

摘要：水電行業(yè)屬于我國的基礎(chǔ)能源設(shè)施，在近幾年的發(fā)展中其生產(chǎn)過程的自動(dòng)化已經(jīng)相當(dāng)完善。要想保證水電站的發(fā)電工作能夠安全有效地進(jìn)行，首先就要保障調(diào)速系統(tǒng)的正常運(yùn)行。調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用以及故障的維修和排查對(duì)水電站的安全生產(chǎn)和提高發(fā)電效益至關(guān)重要。本文首先介紹了在我國的水電行業(yè)中水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用情況，其次針對(duì)在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)生的各種故障，進(jìn)行了相應(yīng)的維修探究。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用；故障維修

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的現(xiàn)代化社會(huì)，各種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)模越來越大，效益也不斷提高。這種發(fā)展在一定程度上促進(jìn)了工業(yè)的快速發(fā)展，為整個(gè)社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面也向人們提出機(jī)器運(yùn)行的安全性的新課題。在水電行業(yè)中雖然經(jīng)過多年的發(fā)展各種設(shè)施已經(jīng)相當(dāng)完善，但是對(duì)于設(shè)備的維護(hù)方面還是有很大的欠缺。電力生產(chǎn)設(shè)備的維修費(fèi)用的比例已經(jīng)相當(dāng)高，因此在保障安全性的前提下減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用已經(jīng)是人們不可避免的難題。

1水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

1.1水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

水輪機(jī)調(diào)速器是整個(gè)水電系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)，在整個(gè)電廠中起著非常重要的調(diào)節(jié)作用。水輪機(jī)調(diào)速器主要由測量元件、放大元件、反饋元件和執(zhí)行元件構(gòu)成。水輪機(jī)過流部件屬于控制的對(duì)象。在實(shí)際中人們常常把調(diào)速器以及其所控制的對(duì)象稱為水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。水輪機(jī)調(diào)速器的主要作用是調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)水葉的開度，在并入電網(wǎng)前調(diào)節(jié)機(jī)組頻率，并網(wǎng)后通過感知電網(wǎng)負(fù)荷的變化，對(duì)電廠的有功功率輸出進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)，同時(shí)要保證機(jī)組的正常轉(zhuǎn)速（對(duì)調(diào)相機(jī)組），只有這樣才能使發(fā)、供電網(wǎng)絡(luò)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。水輪機(jī)調(diào)速器的運(yùn)行可靠與否不但直接影響所產(chǎn)電能的質(zhì)量，甚至還會(huì)危及整個(gè)電力網(wǎng)的安全。

1.2水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展歷程

作為水輪發(fā)電機(jī)組中的重要組成部分，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能直接影響到整個(gè)發(fā)電機(jī)組的正常工作以及發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，在水電行業(yè)中也逐漸普及了微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用。從水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)研發(fā)至今，我國的水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用也經(jīng)歷了一系列的發(fā)展變化，其中最主要的變化體現(xiàn)在水輪機(jī)調(diào)速器的變化中。就我國的情況來看，水輪機(jī)調(diào)速器的變化主要有一下幾個(gè)階段：純機(jī)械液壓式調(diào)速器（俗稱機(jī)調(diào)）、電動(dòng)液壓式調(diào)速器（俗稱電調(diào)）、可編程控制器電液式調(diào)速器（俗稱微機(jī)調(diào)）等，其中按照轉(zhuǎn)輪葉結(jié)構(gòu)不同控制方式還可以進(jìn)一步進(jìn)行分類。調(diào)速器中的液壓隨動(dòng)系統(tǒng)也由原來復(fù)雜繁瑣的多級(jí)液壓系統(tǒng)升級(jí)成了簡單明了的一級(jí)液壓系統(tǒng)。所有的這些變化在為在為電廠中調(diào)速器的選擇和革新方面提供了新型思路的同時(shí)，也為水電行業(yè)的發(fā)展帶來前所未有的便利。

1.3水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工作機(jī)制

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是水電站主要的控制設(shè)備之一，其主要的作用是根據(jù)一定的控制規(guī)律改變水輪機(jī)導(dǎo)葉開度以及輪葉的轉(zhuǎn)角，進(jìn)而對(duì)于進(jìn)入水輪機(jī)的水流進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而達(dá)到保障機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)及與電網(wǎng)同步的目的。水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)比較完善的閉環(huán)系統(tǒng)，其主要構(gòu)成有水輪機(jī)控制設(shè)備以及被控制系統(tǒng)。工作過程是：特定的測量元件將機(jī)組的轉(zhuǎn)速和有效功率測量出來，然后將這些測量結(jié)果與給定的信號(hào)和反饋回來的信號(hào)進(jìn)行綜合，再將這些信息經(jīng)過一系列內(nèi)部機(jī)構(gòu)的處理，最后把綜合的信息反映到液壓執(zhí)行元件，作出調(diào)節(jié)導(dǎo)水葉和轉(zhuǎn)輪葉的動(dòng)作。

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的工作效果主要是通過機(jī)械液壓裝置來實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械液壓裝置主要是由壓力罐和接力器構(gòu)成的。首先向壓力罐氣囊中充入一定壓力的氣體，根據(jù)調(diào)速器的規(guī)格不同選擇性的充入空氣或者氮?dú)?，之后利用螺桿泵或者是齒輪泵把壓力油抽入壓力罐中。在這個(gè)過程中，原本充入的高壓氣體的氣囊得到進(jìn)一步的壓縮產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)，這種力量施加在油面上產(chǎn)生壓力油，進(jìn)而積蓄相應(yīng)的能量。

受到電氣信號(hào)控制的電液轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生一定的機(jī)械位移，借助壓力油產(chǎn)生的能量將液壓放大，進(jìn)而產(chǎn)生一股強(qiáng)大的力來改變接力器的開度。進(jìn)而改變導(dǎo)葉的開度和漿葉的角度，以達(dá)到控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的水流量的目的。

2水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的故障維修

2.1水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)故障的主要類型

在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的設(shè)備形式多樣，因此每種形式設(shè)備所具有的故障類型也是多種多樣的，對(duì)于不同的故障類型我們應(yīng)該采取不同的應(yīng)對(duì)方式才能使整個(gè)系統(tǒng)的工作更加流暢。一般情況下，按照故障對(duì)于設(shè)備的影響時(shí)間可以分為永久性故障和暫時(shí)性故障；按照故障對(duì)于系統(tǒng)的正常工作的影響程度來看可以分為破壞性故障和非破壞性故障；按照故障發(fā)生的原因又可以分為內(nèi)因故障和外因故障?？偟膩碚f，按照以往的故障發(fā)生和發(fā)展的過程可以將所有的故障分為突發(fā)性和漸變性兩大類故障。突發(fā)性的故障主要是指在故障發(fā)生之前整個(gè)系統(tǒng)并沒有特殊的征兆，故障的發(fā)生到產(chǎn)生相應(yīng)的影響之間沒有相應(yīng)的過渡階段，并且一般具有較強(qiáng)的破壞性，很難通過早期的實(shí)驗(yàn)或者反映來進(jìn)行故障的預(yù)防工作。漸變性故障指的是在進(jìn)行實(shí)際工作的過程中，由于種種原因使得設(shè)備的性狀遭到一定的破壞，并最終超過設(shè)備自身的允許范圍發(fā)生相應(yīng)的故障。

突發(fā)性故障與漸變性故障雖然有一些區(qū)別，但是在實(shí)際中這兩種故障可以在一定程度上進(jìn)行轉(zhuǎn)化。當(dāng)一些漸變故障達(dá)到某種程度之后就可以瞬間程度惡化，引起突發(fā)性故障。

2.2及時(shí)對(duì)系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析

對(duì)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析是建立在對(duì)其進(jìn)行了全面監(jiān)測的基礎(chǔ)之上的。要想真正掌握水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)備的健康情況，就要用多種手段對(duì)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行檢測，進(jìn)而對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行全面分析。同時(shí)建立詳盡的設(shè)備檔案，在檢測過程中可以獲得大量的與系統(tǒng)設(shè)備分析和故障診斷方面有關(guān)的信息，對(duì)這些信息進(jìn)行詳細(xì)的分析能夠可以在對(duì)設(shè)備的優(yōu)化過程中起到重要的幫助。在對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢測的時(shí)候應(yīng)該包括停機(jī)狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)兩個(gè)狀態(tài)，在對(duì)于處于停機(jī)狀態(tài)下的設(shè)備進(jìn)行檢測的結(jié)果一般情況下能夠比較直觀的反映出設(shè)備的健康狀況，因此不需要進(jìn)一步的深入分析。

2.3具體的故障維修方法

要想真正從維護(hù)方面提高設(shè)備的使用壽命就應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：第一，注意保護(hù)油液的性能以及清潔。油液是水輪機(jī)調(diào)速器的主要工作載體，在運(yùn)行過程中水輪調(diào)速器對(duì)于油液的粘度要求非常嚴(yán)格，粘度偏低會(huì)使設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部分潤滑性變差，而粘度過高又會(huì)使設(shè)備在低溫時(shí)磨損增大。但是目前在水電行業(yè)中普遍使用的油液，其粘度非常容易受到周圍環(huán)境的影響。因此一定要注意保護(hù)好油液的相關(guān)性能以及其清潔度。第二，及時(shí)對(duì)泄漏情況進(jìn)行處理。調(diào)速器在運(yùn)行過程中的高速動(dòng)性很容易造成一定范圍內(nèi)的液壓沖擊進(jìn)而造成一定的泄漏。要及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏問題并給出相應(yīng)的解決方法。第三，及時(shí)處理設(shè)備故障。在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行初期是各種故障的多發(fā)期，這些故障都是由在進(jìn)行設(shè)備安裝的過程中產(chǎn)生的細(xì)小誤差引起的，所以其發(fā)現(xiàn)和解決都是一件相當(dāng)費(fèi)時(shí)間的過程。要在系統(tǒng)運(yùn)行初期對(duì)各種故障的產(chǎn)生進(jìn)行特別的關(guān)注。其次在調(diào)速器運(yùn)行的過程中也經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種事故，為了減少這類突發(fā)事故的發(fā)生就要定期進(jìn)行相應(yīng)的檢查，掌握各方面設(shè)備的實(shí)際情況。第四，加強(qiáng)工作人員的專業(yè)素質(zhì)。雖然近年來我國的維修人員的技術(shù)、素質(zhì)等都有很大的提高，但是相對(duì)于正真需要掌握的技能而言還是相差甚遠(yuǎn)，由此造成有些電廠水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些“死故障”，提早報(bào)廢設(shè)備，造成不必要的損失。因此要不斷對(duì)維修人員進(jìn)行相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)，提高其處理問題的綜合能力。

3總結(jié)

水電行業(yè)在我國的發(fā)展已經(jīng)取得了令人驕傲的成績，并且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)也已經(jīng)被引入我國眾多的水電廠得以應(yīng)用，自主研發(fā)的設(shè)備也獲得了很大程度的發(fā)展。但是盡管水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢總體呈現(xiàn)良好的狀態(tài)，實(shí)際上還是存在許多亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。對(duì)于設(shè)備的故障維修就是其中最值得我們?nèi)パ芯康恼n題，相信經(jīng)過各界的努力，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)將會(huì)更加完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]歐居修.關(guān)于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與故障維修[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2013，（22）：91-92.

[2]周紅家.水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與故障維修探討[J].科技研究，2014，（23）：38-39.

[3]劉金國.論水電站水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)改造[J].黑龍江科技信息，2011，（14）：36-37.