水輪機(jī)調(diào)速器的簡(jiǎn)介與故障處理

【摘要】水輪機(jī)調(diào)速器是水電站發(fā)電機(jī)組的重要控制設(shè)備，完成水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、增減負(fù)荷、緊急停機(jī)等任務(wù)。本文通過(guò)對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器的簡(jiǎn)介，調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)故障分析處理做了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)調(diào)速器的運(yùn)行和檢修有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】調(diào)速器；電液轉(zhuǎn)換；接力器抽動(dòng)；故障處理

1、簡(jiǎn)介

水輪發(fā)電機(jī)組把水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┥a(chǎn)、生活使用。用戶(hù)在用電過(guò)程中除要求供電安全可靠外，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量也有十分嚴(yán)格的要求。按我國(guó)電力部門(mén)規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50Hz，大電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0.2Hz。因此，不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率，維持機(jī)組的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速（頻率）的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機(jī)調(diào)速器的基本任務(wù)。

水輪機(jī)調(diào)速器是水電站發(fā)電機(jī)組的重要控制設(shè)備，他與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配合，完成水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)停機(jī)、調(diào)負(fù)荷、緊急停機(jī)等任務(wù)。調(diào)速器還可以完成一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、按水位調(diào)節(jié)等任務(wù)。

2、水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)

2.1.《水輪機(jī)調(diào)速器及油壓裝置型號(hào)編制方法》JB/T2832-2004

2.2.《水輪機(jī)調(diào)速器及油壓裝置試系列型譜》JB/T7072-2004；

2.3.IEC60308《水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)試驗(yàn)國(guó)際規(guī)程》；

2.4.IEC61362《水輪機(jī)控制系統(tǒng)規(guī)范導(dǎo)則》；

測(cè)至主接力器的轉(zhuǎn)速死區(qū)不超過(guò)：≤0.02%

水輪機(jī)甩25%負(fù)荷后，接力器不動(dòng)時(shí)間不超過(guò)：<0.2s

靜特性曲線(xiàn)非線(xiàn)性度：≤0.5%

甩100%額定負(fù)荷后轉(zhuǎn)速波動(dòng)超過(guò)3%的波動(dòng)次數(shù)不超過(guò)2次，由調(diào)速器引起的機(jī)組轉(zhuǎn)速持續(xù)波動(dòng)相對(duì)值不大于：±0.15%。

從機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)起，導(dǎo)機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)偏差小于±1%為止的調(diào)節(jié)時(shí)間與從甩負(fù)荷開(kāi)始至轉(zhuǎn)速升至最高轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷的時(shí)間的比值，對(duì)中、低水頭反擊式水輪機(jī)和沖擊式水輪機(jī)應(yīng)不大于15；自動(dòng)空載運(yùn)行3分鐘，機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)擺動(dòng)值不超過(guò)+0.15%。

3、常見(jiàn)故障分析及處理

3.1機(jī)組空載頻率擺動(dòng)值過(guò)大

（1）如果手動(dòng)空載頻率擺動(dòng)值過(guò)大，例如：在0.5～1.0HZ，進(jìn)一步選擇PID調(diào)節(jié)參數(shù)（bt、Td、Tn、或Kp、Ki、Kd）和調(diào)整接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty，盡量減小機(jī)組自動(dòng)空載頻率擺動(dòng)值

（2）機(jī)組手動(dòng)空載頻率擺動(dòng)0.3-0.4Hz，調(diào)整PID調(diào)節(jié)參數(shù)bt、Td、Tn、或Kp、Ki、Kd無(wú)明顯效果，可能是隨動(dòng)系統(tǒng)放大倍數(shù)偏小，死區(qū)補(bǔ)償不足?？煽紤]調(diào)整電液（機(jī)械）隨動(dòng)系統(tǒng)放大系數(shù)，從而減小或加大接力器反應(yīng)時(shí)間常數(shù)Ty。當(dāng)調(diào)節(jié)過(guò)程中接力器出現(xiàn)頻率較高的抽動(dòng)和過(guò)調(diào)時(shí)，應(yīng)加大Ty值；若接力器動(dòng)作遲緩，則應(yīng)減小Ty值。

（3）機(jī)組頻率信號(hào)受到干擾，導(dǎo)致機(jī)頻無(wú)規(guī)則的擺動(dòng)。常見(jiàn)的問(wèn)題有：頻率線(xiàn)未用屏蔽線(xiàn)或屏蔽線(xiàn)接地不良，或一根頻率線(xiàn)懸空；頻率信號(hào)線(xiàn)與動(dòng)力線(xiàn)近距離并行；

（4）接力器與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)間有過(guò)大的機(jī)械死區(qū)。這種情況下，調(diào)速器手動(dòng)時(shí)機(jī)組頻率擺動(dòng)可達(dá)0.2～0.3Hz甚至更大，自動(dòng)時(shí)機(jī)組頻率擺動(dòng)則大于或等于上述值，調(diào)節(jié)PID參數(shù)也無(wú)明顯效果，應(yīng)停機(jī)檢查并處理。

3.2溜負(fù)荷（負(fù)荷緩慢下降）

（1）電液轉(zhuǎn)換部件卡在偏關(guān)側(cè)，機(jī)械閥組卡阻，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷全部卸掉。

（2）綜合放大板開(kāi)啟方向功率放大管損壞，造成調(diào)速器只能關(guān)，不能開(kāi)。當(dāng)系統(tǒng)頻率稍高時(shí)，調(diào)速器會(huì)不斷自行關(guān)小導(dǎo)葉，使機(jī)組卸掉部分負(fù)荷；對(duì)此情況，可以人為增減功率給定，檢查接力器開(kāi)度能否隨之增大減少，就可做出判斷。

（3）導(dǎo)葉位移傳感器因定位螺釘松動(dòng)，導(dǎo)致傳感器部分移位，致使輸出的反饋值大于實(shí)際導(dǎo)葉開(kāi)度，此時(shí)，并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組將自行卸掉部分負(fù)荷。

（4）因干擾或其他原因?qū)е聶C(jī)頻的測(cè)頻出錯(cuò)。若瞬時(shí)的干擾使調(diào)速器測(cè)得一個(gè)較高頻率，則調(diào)速器因頻率升高而關(guān)閉導(dǎo)葉，由于功給仍保持原值，導(dǎo)葉又會(huì)慢慢恢復(fù)到原有開(kāi)度。

與溜負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的是自行增負(fù)荷故障，其原因與上述分析類(lèi)似，但方向相反。

3.3接力器抽動(dòng)

其故障原因可能有：

（1）位移傳感器松動(dòng)或在某區(qū)域接觸不良，使得反饋信號(hào)時(shí)有時(shí)無(wú)，產(chǎn)生錯(cuò)誤的反饋信號(hào)，引起接力器的抽動(dòng)。

（2）隨動(dòng)系統(tǒng)死區(qū)補(bǔ)償過(guò)大，使接力器在調(diào)節(jié)時(shí)出現(xiàn)過(guò)調(diào)，導(dǎo)致抽動(dòng)。要減小電液（機(jī)械）隨動(dòng)系統(tǒng)的放大系數(shù)。

（3）電液轉(zhuǎn)換部件卡阻。

3.4 甩負(fù)荷的不正?，F(xiàn)象

（1）甩>75%額定負(fù)荷過(guò)程中的水壓上升值過(guò)大，按調(diào)保計(jì)算，加長(zhǎng)接力器關(guān)閉時(shí)間值。

（2）甩>75%額定負(fù)荷過(guò)程中的機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值過(guò)大，按調(diào)保計(jì)算，縮短接力器關(guān)閉時(shí)間。

（3）甩>75%額定負(fù)荷過(guò)程中的水壓上升和/或機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值過(guò)大，按調(diào)保計(jì)算，調(diào)整兩段關(guān)機(jī)速度及拐點(diǎn)。

（4）甩>25%額定負(fù)荷時(shí)，導(dǎo)葉接力器的不動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，檢查并減小機(jī)械液壓系統(tǒng)死區(qū)，加大Tn（加速度時(shí)間常數(shù)）或KD（微分系數(shù)）值

3.5水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器自檢發(fā)現(xiàn)的故障及處理原則

現(xiàn)代水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器，不論大型中小型都設(shè)置有故障自診斷功能，大型調(diào)速器一般設(shè)置的檢測(cè)項(xiàng)目多一些，靈敏度和準(zhǔn)確率可能高一些，中小型水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器的設(shè)置的自檢項(xiàng)目數(shù)少，各調(diào)速器廠生產(chǎn)的產(chǎn)品還不盡相同，但一般設(shè)置了如下故障自診斷項(xiàng)目：

（1）機(jī)頻和網(wǎng)頻信號(hào)輸出突然消失或變化；

（2）導(dǎo)葉位置傳感器輸出突變或消失；

（3）水頭信號(hào)突變或消失；

（4）主配壓閥卡阻；

（5）電液隨動(dòng)系統(tǒng)故障（包括電液轉(zhuǎn)換部件故障）；

（6）計(jì)算機(jī)主要模塊故障。

微機(jī)調(diào)速器檢測(cè)到以上故障后，均會(huì)自動(dòng)做出處理，例如：自動(dòng)轉(zhuǎn)入手動(dòng)運(yùn)行并發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。不論那種自檢出的故障，都會(huì)以有故障報(bào)警信號(hào)送到中控室或上位機(jī)，運(yùn)行人員接到報(bào)警以后，無(wú)論調(diào)速器是否自動(dòng)排除故障，運(yùn)行人員都必須檢查故障是否排除，未能排除的故障應(yīng)即時(shí)處理。

4、結(jié)語(yǔ)

水輪機(jī)調(diào)速器一個(gè)故障往往可由一種或兩種以上原因引起。有時(shí)呈現(xiàn)故障現(xiàn)象相同，但其原因卻不完全相同。所以，必須仔細(xì)認(rèn)真，由外向內(nèi)，縮小范圍，迅速、準(zhǔn)確地查找出故障點(diǎn)，及時(shí)加以排除，方可確保機(jī)組正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]水輪機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)及原動(dòng)機(jī)模型參數(shù)測(cè)試方案云南電力研究院2013年5月