淺析導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝間隙過大對(duì)一次調(diào)頻的影響

，， ，

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，成都，610072；2.四川小金川水電開發(fā)有限公司，四川 小金，624200；3.中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550081；4.貴州新中水工程有限公司，貴陽，550000；)

1 機(jī)組一次調(diào)頻的意義

機(jī)組一次調(diào)頻是指當(dāng)電網(wǎng)頻率超出規(guī)定的正常范圍后，電網(wǎng)頻率的變化將使參與一次調(diào)頻的各機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化自動(dòng)增加或減小機(jī)組功率，從而達(dá)到平衡狀態(tài)，并且將電網(wǎng)頻率的變化限制在一定范圍內(nèi)的功能，所以，一次調(diào)頻功能是維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定的重要功能和手段。

一般情況下，系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)要求投運(yùn)機(jī)組的一次調(diào)頻功能長期投入，未經(jīng)調(diào)度批準(zhǔn)，運(yùn)行人員不得擅自退出該功能，而一次調(diào)頻是否需要?jiǎng)幼鲃t是根據(jù)電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率與額定頻率差值幅度決定的。春堂壩機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)調(diào)速系統(tǒng)工作模式為開度調(diào)節(jié)模式，有功閉環(huán)在監(jiān)控系統(tǒng)側(cè)，調(diào)速器實(shí)際收到的是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的開度增減令(脈沖控制)，而當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作后調(diào)速系統(tǒng)工作模式會(huì)自動(dòng)切換為頻率調(diào)節(jié)模式，負(fù)荷的變化實(shí)際是根據(jù)系統(tǒng)頻率與額定頻率之差通過相應(yīng)的傳遞函數(shù)計(jì)算得出的(華中電網(wǎng)水電機(jī)組一次調(diào)頻的負(fù)荷變化限制幅度為額定負(fù)荷的±10%)，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)有功閉環(huán)調(diào)節(jié)不參與有功的控制，保證一次調(diào)頻動(dòng)作的最優(yōu)先級(jí)。

2 設(shè)備概述

春堂壩水電站位于四川省小金縣境內(nèi)的沃日河上，為引水式電站，電站為沃日河干流日爾—春堂壩段梯級(jí)規(guī)劃開發(fā)的第四級(jí)，電站采用引水式開發(fā)，水庫正常蓄水位2449.80m，相應(yīng)總庫容為85.4萬m3；調(diào)節(jié)庫容25.6萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能，電站安裝3臺(tái)立式混流機(jī)組，單機(jī)容量18MW，總裝機(jī)容量54MW。機(jī)組選用樂山東風(fēng)電機(jī)廠水輪發(fā)電機(jī)(水輪機(jī)型號(hào)：HLD307-LJ-150)，調(diào)速器選用武漢長控高油壓微機(jī)調(diào)速器(型號(hào)：GVT-7600-16)，調(diào)速器并網(wǎng)時(shí)采用開度模式，受南自監(jiān)控系統(tǒng)有功閉環(huán)控制，而當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)會(huì)自動(dòng)閉鎖南自監(jiān)控系統(tǒng)有功閉環(huán)，同時(shí)調(diào)速器控制PID自動(dòng)由并網(wǎng)PID變?yōu)橐淮握{(diào)頻PID，其開度反饋信號(hào)是由安裝在接力器上的磁致伸縮式位移傳感器反饋，功率反饋信號(hào)是由安裝在調(diào)速器電柜內(nèi)的功率變送器反饋的機(jī)組出口功率，水輪機(jī)導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用調(diào)速器動(dòng)作經(jīng)接力器動(dòng)作控制環(huán)，由聯(lián)系控制環(huán)與導(dǎo)葉的雙頭連桿帶動(dòng)導(dǎo)葉動(dòng)作。

3 機(jī)組一次調(diào)頻過程

調(diào)速器試驗(yàn)由四川中鼎科技有限公司進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備采用“TG2000系列水輪機(jī)調(diào)速器測試系統(tǒng)”。在進(jìn)行機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)前，進(jìn)行了調(diào)速器靜態(tài)特性、空載擺動(dòng)、空載擾動(dòng)等相關(guān)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為：調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速死區(qū)ix為0.03%，空載擺動(dòng)頻率波動(dòng)范圍在±0.08Hz以內(nèi)，空載擾動(dòng)波形到位迅速、穩(wěn)定。

根據(jù)調(diào)速器帶負(fù)荷前的相關(guān)試驗(yàn)，機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻設(shè)置PID參數(shù)為：KP=5、Ki=8、Kd=0，bp=4%，開度限幅6%，人工死區(qū)±0.035Hz(華中電網(wǎng)水電機(jī)組一次調(diào)頻人工死區(qū)控制在±0.05Hz范圍內(nèi))，進(jìn)行模擬頻率擾動(dòng)時(shí)(如圖1所示)，在50Hz頻率(紅線)基礎(chǔ)上增加0.1Hz后，開度信號(hào)(藍(lán)線)與功率信號(hào)(綠線)相應(yīng)降低，當(dāng)撤去擾動(dòng)信號(hào)，頻率重新回到50Hz后，開度信號(hào)基本返回原位置，但功率信號(hào)卻沒有返回原位置。

圖1 機(jī)械死區(qū)存在示意

從機(jī)組負(fù)荷變化情況可看出，調(diào)速器能正確響應(yīng)而機(jī)組負(fù)荷未能發(fā)生相應(yīng)變化，說明機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)包括接力器動(dòng)作正常，而實(shí)際導(dǎo)葉開度未能發(fā)生相應(yīng)變化，初步判定機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)存在一定的機(jī)械死區(qū)。

4 原因分析

結(jié)合一次調(diào)頻試驗(yàn)情況，試驗(yàn)人員、設(shè)備廠家、電廠人員組成檢查組認(rèn)真分析認(rèn)為可能存在以下幾點(diǎn)原因：①試驗(yàn)接線是否正確，采集數(shù)據(jù)是否真實(shí)；②機(jī)組出口PT/CT、系統(tǒng)PT一次/二次接線是否正確、牢固，是否有存在干擾；③各類傳感器(如功率變送器、接力器位移傳感器)等是否工作正常；④機(jī)組導(dǎo)葉開度是否在接力器動(dòng)作后真實(shí)響應(yīng)。

針對(duì)以上分析原因，檢查組首先對(duì)試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)接線、測量回路、各類傳感器等進(jìn)行了仔細(xì)的檢查核對(duì)，均未發(fā)現(xiàn)問題。故初步判定導(dǎo)葉存在開度死區(qū)。

為確認(rèn)該疑問，檢查組在兩只接力器臂末端設(shè)置兩只百分表，在水車室分四個(gè)方向選取4只對(duì)稱導(dǎo)葉，分別在導(dǎo)葉軸頸處設(shè)置四只百分表，操作調(diào)速器開/關(guān)導(dǎo)葉相同開度，對(duì)導(dǎo)葉實(shí)際響應(yīng)進(jìn)行核對(duì)檢查。通過試驗(yàn)確認(rèn)，接力器存在一定死區(qū)，而導(dǎo)葉存在較大死區(qū)。

死區(qū)存在的原因，主要是加工件的制造精度不足，導(dǎo)致導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各部連接處存在較大空腔間隙，為確認(rèn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)實(shí)際安裝間隙，由主機(jī)廠家派專人對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拆卸復(fù)測，重點(diǎn)測量了接力器底座與接力器聯(lián)接銷孔配合間隙、接力器桿與控制環(huán)聯(lián)接銷孔配合間隙、雙頭連桿分別與導(dǎo)葉及控制環(huán)聯(lián)接銷孔配合間隙，導(dǎo)葉拐臂與導(dǎo)葉軸頸定位精度與強(qiáng)度。經(jīng)復(fù)測確認(rèn)接力器底座與接力器聯(lián)接銷孔配合間隙為左0.09mm、右0.11mm(設(shè)計(jì)為：φ65H8/e7)；接力器桿與控制環(huán)聯(lián)接銷孔配合間隙為左0.05mm、右0.04mm(設(shè)計(jì)為：φ65H8/e7)；20只雙頭聯(lián)桿分別與控制環(huán)及導(dǎo)葉聯(lián)接銷孔配合間隙均在0.05mm～0.09mm之間(設(shè)計(jì)兩端配合均為：φ30H7/m6)；導(dǎo)葉拐臂與導(dǎo)葉軸頸定位精度較好，導(dǎo)葉鍵打緊滿足要求。由于整個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)零部件加工配合精度存在缺陷導(dǎo)致實(shí)際安裝間隙大大超過了設(shè)計(jì)間隙，使整個(gè)導(dǎo)水系統(tǒng)形成了固有的機(jī)械傳動(dòng)死區(qū)。

5 處理結(jié)果

由主機(jī)廠家將導(dǎo)水機(jī)構(gòu)不合格零部件返廠嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求重新制造，運(yùn)抵現(xiàn)場嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求重新安裝。再次做一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，機(jī)械死區(qū)有明顯好轉(zhuǎn)，已達(dá)到一次調(diào)頻合格的要求，如圖2所示，頻率(紅線)下擾動(dòng)0.1Hz，持續(xù)一段時(shí)間后回到50Hz，開度與功率都能正確響應(yīng)，并且回到初始值。

圖2 一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)論

從春堂壩水電站一次調(diào)頻相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)問題可看出，即使調(diào)速器功能正常，但由于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各連接處制造精度或安裝精度達(dá)不到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，而在安裝過程中也未及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行反饋及提出處理，必將導(dǎo)致導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在執(zhí)行調(diào)速器動(dòng)作時(shí)存在較大的機(jī)械死區(qū)，造成調(diào)速器固有死區(qū)與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)死區(qū)疊加，導(dǎo)葉實(shí)際動(dòng)作不到位、功率也增減不到位的情況發(fā)生，致使機(jī)組一次調(diào)頻達(dá)不到電網(wǎng)安全運(yùn)行要求。此類問題的預(yù)防措施主要包括：①機(jī)組各類傳感器采購到位后應(yīng)進(jìn)行精度測試確保采集數(shù)據(jù)真實(shí)可靠；②設(shè)備接線應(yīng)嚴(yán)格按各類規(guī)程、規(guī)范要求防止信號(hào)干擾；③試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)定期檢測，試驗(yàn)接線應(yīng)正確牢固，防止信號(hào)干擾；④加強(qiáng)機(jī)組部件制造精度檢查，充分發(fā)揮駐廠監(jiān)造人員的職能，嚴(yán)禁不合格品出廠；⑤設(shè)備部件到貨后應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行到貨驗(yàn)收，做到早發(fā)現(xiàn)早處理；⑥安裝過程中應(yīng)嚴(yán)格“三檢”制，不能對(duì)設(shè)備制造缺陷采取欺瞞不負(fù)責(zé)任的態(tài)度，設(shè)備及安裝質(zhì)量問題不管大小，均應(yīng)報(bào)各方協(xié)調(diào)解決完善；⑦加強(qiáng)設(shè)備駐廠監(jiān)造、到貨驗(yàn)收及安裝驗(yàn)收過程中的管控。

水電站機(jī)電設(shè)備安裝調(diào)試過程除了體現(xiàn)安裝水平外，也是檢驗(yàn)設(shè)備制造質(zhì)量及水工建筑物質(zhì)量的過程，該問題雖然主要是設(shè)備制造原因，但有經(jīng)驗(yàn)的安裝單位和個(gè)人都應(yīng)該能夠檢查到，完全可以消除在安裝階段，安裝單位切不能因?yàn)檫M(jìn)度或某些原因而忽視設(shè)備本身存在的制造缺陷，給電廠運(yùn)行帶來困擾和安全隱患。