水輪發(fā)電機調(diào)速器故障分析及處理

宇文磊縣

摘 要：近年來，我國相繼有一些中小型水電站建成投產(chǎn)，這部分水電站的投產(chǎn)，有效的緩解了當前我國電力供應緊張的問題。水輪發(fā)電機是水電站電力生產(chǎn)中重要的設備，只有水輪機能夠穩(wěn)定、正常的運轉(zhuǎn)，才能確保水電站生產(chǎn)效益的實現(xiàn)。但在水電站電力生產(chǎn)過程中，對水輪發(fā)電機的正常運行影響因素的因素較多，特別是調(diào)速器機械故障的發(fā)生，對水輪發(fā)電機組的正常運轉(zhuǎn)具有十分嚴重的影響。文中從水輪發(fā)電機調(diào)速器故障及抽動類型入手，對調(diào)速器主配壓閥抽動故障原因進行了分析，并進一步對故障排除措施及效果進行了具體的闡述。

關鍵詞：水輪發(fā)電機；調(diào)速器；主配壓閥；故障；對策

前言

水電站在電力生產(chǎn)過程中水輪發(fā)電機是不可或缺的重要動力設備，對水電事業(yè)的發(fā)展具有極為重要的意義。在水輪發(fā)電機組中，調(diào)速器作為調(diào)節(jié)機組轉(zhuǎn)速重要部位，只有調(diào)速器正常運轉(zhuǎn)，水輪發(fā)電機組才能正常的運行，為水電站的電力生產(chǎn)創(chuàng)造良好的效益。但在實際運行中，調(diào)速器故障發(fā)生率較高，一旦調(diào)速器不能正常的運行，則會導致水輪發(fā)電機無法正常運轉(zhuǎn)，所以需要針對水輪發(fā)電機調(diào)速器的故障進行詳細的分析，并對其采取必要的處理措施，確保水電站運行的安全性和穩(wěn)定性。

1 水輪機調(diào)速器故障分析

文中針對某水電站中水輪機組調(diào)速器改造后的故障為例，對調(diào)速器故障進行具體的分析。該水電站調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的主要動用采用的數(shù)字閥式水輪機調(diào)速器，同時為了能夠有效的提高發(fā)電機組的運行效率，對該水電站的5號機組的調(diào)速器進行了改造。改造完后調(diào)速器在投入使用后發(fā)生了主配壓閥抽動現(xiàn)象，對機組的性能帶來了較大的影響。所以在對主配壓閥維修過程中，將主配放大系數(shù)調(diào)小，抽動現(xiàn)象消失，但該機組運行一段時間后，又發(fā)生了抽動現(xiàn)象，而且有功波動也較為頻繁，但此時對相關參數(shù)進行調(diào)節(jié)后波動現(xiàn)象并沒有得到緩解，將有功調(diào)節(jié)到108MW時，有功波動才得到緩解，所以初步判斷導致抽動故障發(fā)生的原歷可能是主配壓閥的反饋位移傳感器存在問題，對其進行更換后正常運行，但一周后抽動故障又再次出現(xiàn)。所以針對于這一故障的存在，為了能夠?qū)⒃摴收系玫綇氐椎慕鉀Q，則需要對發(fā)動機組進行全面的檢查，從而將導致調(diào)速器故障的根本原因找出來，徹底的排除故障。

2 抽動類型

在對發(fā)動機組進行現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)，當機組開機、空載或是動行自動平衡狀態(tài)下時，導葉接力器會出現(xiàn)快速往復的等幅或是非等幅位移，而且還伴隨著較大的響聲，抽動幅度較大，頻率較高，這就會導致轉(zhuǎn)速的正常調(diào)節(jié)受到影響，負荷變化的速度較快，對機組及電網(wǎng)運行的安全性帶來較大的影響，導致這種情況發(fā)生的根本原因，多為電氣故障、液壓卡阻。

3 調(diào)速器主配壓閥抽動故障原因分析

在對調(diào)速器的電氣控制系統(tǒng)進行分析時，我們主要對其硬件和軟件進行了分析研究。對于軟件來講，我們認為其濾波功能不夠完善，且負載功率調(diào)節(jié)死區(qū)過小，這些問題都對主配壓閥抽動故障的發(fā)生起到一定的推動作用。而對于硬件方面，我們利用一定的方法對其比例伺服閥的控制進行了計算，通過計算我們得出在發(fā)電機組正常運行的時候，調(diào)速器的整機放大系數(shù)、PID計算值、導葉開度反饋值、位移反饋方法系數(shù)以及位移反饋值等參數(shù)都應該是處于固定不變的狀態(tài)中。但如果位移反饋值是一固定的工作點，調(diào)節(jié)完成后，主配壓閥的閥芯回到中間位置，主配壓閥位移傳感器也回到零點位置，由于現(xiàn)在調(diào)速器主配位移傳感器使用的是主配壓位移傳感器，該傳感器是導電塑料電阻軌型，觸點長時間在導電塑料導軌的某一點摩擦會造成接觸不良。降低了主配壓閥閥芯回到中間平衡位置的精度，造成調(diào)速器引導閥不可能回到中間平衡位置，而是在死區(qū)的臨界位置來回波動，使得調(diào)速器調(diào)節(jié)頻繁，引起主配壓閥抽動。更換同型號的主配位移傳感器，抽動現(xiàn)象暫時消失，運行一段時間后又會出現(xiàn)同樣的情況，在不更換主配位移傳感器的情況下，通過調(diào)整調(diào)速器比例閥導葉開、關放大倍數(shù)和主配壓閥位移反饋放大系數(shù)，可使抽動減弱，但抽動現(xiàn)象難以根本解決。導葉反饋位置安裝不合理，水輪發(fā)電機組在開機時震動較大，導葉反饋與導葉接力器為拉桿式硬連接，從而導致反饋抖動較大，抖動變化值在0.3～0.8之間。導葉反饋的抖動引起比例閥控制輸出的迅速變化，由于導葉反饋的變化是震動干擾信號，控制系統(tǒng)無法進行收斂控制，比例閥控制輸出的迅速變化導致調(diào)速器主配活塞的上下抽動。

4 故障排除措施

4.1 調(diào)速器系統(tǒng)硬件處理

4.1.1 更換主配小反饋

采用大流量比例閥內(nèi)部的反饋耐壓型位移傳感器，該位移傳感器是根據(jù)差動變壓器的原理工作的，套在線圈中的鐵心在耐壓管內(nèi)移動，耐壓管可以承受最大到31.5MPa的壓力，能適應對壓力介質(zhì)中的某一段進行位移測量，測量過程是無接觸和無磨損的，分辨率高且不受限制。放大器集成在閥體內(nèi)，并根據(jù)相應的行程進行調(diào)節(jié)。傳感器由DC12V電源供電，并產(chǎn)生0～DC10V電壓作為輸出信號。

4.1.2 導葉反饋傳感器安裝在振動相對較小位置

利用機械變換裝置在水車外進行反饋傳感器的安裝，這樣即使水輪發(fā)電機組運行過程中有振動產(chǎn)生，也不會對導葉反饋信號產(chǎn)生影響，從而有效的避免了在振動下對信號干擾的產(chǎn)生。

4.1.3 消除電磁干擾

要想有效的消除電磁所帶來的干擾，則需要對調(diào)速器的電器柜殼體接地進行有效的處理。同時將反向、續(xù)流的二極管接在外部直流繼電器或是電磁閥線圈上，并將阻容吸收器件接在接點兩端的位置，從而達到消除電磁干擾的目的。

4.2 調(diào)速器系統(tǒng)軟件處理

4.2.1 在PLC程序中對比例閥的濾波處理

對比例閥進行濾波處理時，則需要在負載、非頻率調(diào)節(jié)且開度偏差小于5 時，同時還要在延時10s后進行處理，并且可以在觸摸屏中對其大小進行設置。

4.2.2 對數(shù)字閥的控制進行修改

一旦數(shù)字閥調(diào)節(jié)進入到開度死區(qū)時，同時可以在觸摸屏中對延時時間進行設置，然后進行延時輸出。

4.2.3 對調(diào)速器的控制

在調(diào)速器可編程邏輯控制器（PLC）進行相應處理。負載開度調(diào)節(jié)工況或者電手動工況下，假如控制輸出與實際開度的差值小于3 ，則修改主配反饋放大倍數(shù)為1，并且當主配位移變化超過100個數(shù)的時候，限制其計算值最大為100。

4.2.4 設置抖動報警功能

對于抖動報警功能，可以在程序中進行設置，通過觸摸屏中進行報警功能、幅值、抖動次數(shù)及時間的設置，而且將報警信號上送到監(jiān)控上位機，這樣有利于運行人員監(jiān)視工作的開展。

5 處理效果分析

對于調(diào)速器抽動故障的問題，通過更換了高可靠性及高測量精度的位移傳感器，并對PLC程序進行了升級優(yōu)化，水輪機調(diào)速器主配壓閥抽動故障得到有效的解決，水輪機組運行十分穩(wěn)定，性能良好。

6 結束語

在水電站發(fā)電生產(chǎn)過程中，調(diào)速器發(fā)揮著非常重要的作用，不僅對水輪發(fā)電機組運行的穩(wěn)定性有著重要的影響，而且還直接關系到水電站正常生產(chǎn)的進行。所以需要對調(diào)速器主配壓閥抽動這一較為常見的故障進行深入的分析，從而找出導致這一故障發(fā)生的根源，并采取科學有效的方法進行排除，確保故障得到根本性的解決，使水輪發(fā)電機組的正常運行能夠得到有效的保障。

參考文獻

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