水電機組調(diào)速器異常故障分析與處理

吳 威，趙利鋒

（華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠，云南 景洪666100）

某水電廠先后發(fā)生一起導(dǎo)葉接力器異常抽動導(dǎo)致的事故低油壓保護(hù)動作機組機械事故停機事件和一起機組自動開機不成功事件，經(jīng)分析原因均為調(diào)速器液壓控制柜內(nèi)綜合控制模塊內(nèi)濾波電容故障。針對濾波電容故障，進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場排查測試，最后對綜合控制模塊濾波電容回路進(jìn)行了抗干擾處理。

1 調(diào)速器系統(tǒng)配置

某水電廠調(diào)速器系統(tǒng)由電氣柜、液壓控制柜、電液轉(zhuǎn)換單元、主配壓閥組成，調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中電氣柜采用南瑞公司SAFR-2000H型微機調(diào)速系統(tǒng)，主要控制器為貝加萊公司PCC X20控制器；液壓控制柜采用南瑞公司ZFL-FC20000/D型，主要控制器為南瑞公司ZKM-Ⅱ綜合控制模塊；電液轉(zhuǎn)換單元采用BOSCH公司的比例伺服閥；主配壓閥采用GE公司FC20000型主配壓閥。

圖1 調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 調(diào)速器異常故障事件情況

2.1 事故低油壓保護(hù)動作停機事件

2017年7月21日，2號機組自動開機并網(wǎng)后，導(dǎo)葉接力器出現(xiàn)周期約1.4s、幅度約±1.5%導(dǎo)葉額定開度的來回異常抽動，導(dǎo)致調(diào)速壓油系統(tǒng)回油超過全部2臺油泵注油量，調(diào)速壓油系統(tǒng)油壓快速下降，事故低油壓保護(hù)動作機組機械事故停機。

在機組停機狀態(tài)下全面檢查各控制環(huán)節(jié)未發(fā)現(xiàn)異常后，手動開機至空轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)速器功能對比試驗，發(fā)現(xiàn)液壓控制柜內(nèi)綜合控制模塊1存在故障，更換故障模塊后，調(diào)速器恢復(fù)正常。

2.2 機組開機不成功事件

2017年9月1日，3號機組開機過程中，調(diào)速器在收到監(jiān)控開機令后，未能開啟導(dǎo)葉。經(jīng)機組停機狀態(tài)下靜態(tài)檢查及調(diào)速器功能對比試驗，發(fā)現(xiàn)液壓控制柜內(nèi)綜合控制模塊1存在故障，更換故障模塊后，調(diào)速器恢復(fù)正常。

3 調(diào)速器綜合控制模塊故障分析及排查

調(diào)速器液壓控制柜綜合控制模塊是銜接調(diào)速器電氣控制部分和機械液壓部分的重要環(huán)節(jié)。自動條件下，該模塊將電氣控制輸出與主配反饋形成內(nèi)環(huán)串級控制，達(dá)到導(dǎo)葉控制的高精準(zhǔn)度和高穩(wěn)定性，綜合控制模塊控制模型如圖2所示。

圖2 自動控制下綜合控制模塊控制框圖

3.1 調(diào)速器綜合控制模塊故障情況

針對2、3號機組更換下來的故障模塊，開展了一系列測試發(fā)現(xiàn)：

2號機組綜合控制模塊電氣柜到液壓控制柜的控制電壓通道上濾波電容C68損壞（見圖3所示），電容C68阻值為2.1kΩ，正常情況下其阻值應(yīng)為無窮大，R98阻值為100kΩ，與損壞的C68并聯(lián)，阻值變?yōu)?.0kΩ，回路中電阻阻值下降了近50倍，最終抬高了輸出電壓，導(dǎo)致信號輸出到功放的電壓不穩(wěn)定，引起伺服閥閥芯震蕩，導(dǎo)葉接力器往復(fù)運行。

3號機組綜合控制模塊調(diào)速器主配壓閥反饋通道上濾波電容C73損壞（見圖3所示），電容C73阻值為8.9kΩ，輸入信號不穩(wěn)定，致使主配反饋放大倍數(shù)異常，造成導(dǎo)葉控制失靈。

圖3 綜合控制模塊內(nèi)部板件電氣原理圖

3.2 調(diào)速器綜合控制模塊故障原因排查

ZKM-II型綜合控制模塊為廠家成熟產(chǎn)品，在多個工程大量使用未出現(xiàn)該類型故障，針對同一個電廠兩套綜合模塊先后發(fā)生同一類型濾波電容損壞異常情況，除廠家進(jìn)行批次產(chǎn)品質(zhì)量問題排查外，結(jié)合現(xiàn)場運行情況開展運行環(huán)境、電源共地、電磁干擾3個方面檢查。

（1）運行環(huán)境方面

現(xiàn)場運行環(huán)境較為良好，不存在氣壓、粉塵等方面因素，影響綜合控制模塊工作性能可能因素為溫濕度。

檢查內(nèi)容：查閱近1個月運行現(xiàn)場溫濕度記錄。

檢查結(jié)果：現(xiàn)場近1個月運行環(huán)境溫度約30℃，濕度約70%。

檢查結(jié)論：現(xiàn)場運行溫濕度沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（溫度不超過40℃，濕度不超過90%），可將其從綜合控制模塊電容故障原因中排除。

（2）電源共地方面

調(diào)速器電氣柜輸出的控制信號電源、綜合控制模塊電源、主配傳感器電源分別取自不同位置，電源地未連接。對于差動式模擬輸入通道來講，電源地若沒有連接，可能會存在較大浮空電壓差，有可能造成控制元器件損壞。

檢查內(nèi)容：在2、3號機組停機狀態(tài)下測量各電源對地電壓。

檢查結(jié)果：各信號之間對地電壓差不超過1V。

檢查結(jié)論：各信號電源共地因素影響不大，可將其從綜合控制模塊電容故障原因中排除。

（3）電磁干擾方面

考慮兩次故障均發(fā)生在機組開機階段，機組開停機前均要進(jìn)行投退鎖錠、制動風(fēng)閘電磁閥等操作，DC220V電壓的電磁閥投切時會產(chǎn)生干擾電壓，干擾電壓可能通過電源線、輻射等對控制元器件造成影響。

檢查內(nèi)容：開展2、3號機組停機狀態(tài)下調(diào)速器信號回路干擾檢測，在調(diào)速器綜合控制模塊電氣柜到液壓控制柜的控制電壓通道、主配壓閥反饋通道接入示波器，分別多次投退鎖錠、制動風(fēng)閘電磁閥，捕捉記錄各信號節(jié)點電壓波形。

檢查結(jié)果：每次操作電磁閥失電，均會產(chǎn)生浪涌電壓，峰峰值從9V到23V不等。

檢查結(jié)論：現(xiàn)場檢測未發(fā)現(xiàn)高于電容承受耐壓（63V）的浪涌電壓信號，但由于測試對象和頻次有限，且浪涌電壓具有一定隨機性，不能排除綜合模塊電容損壞與現(xiàn)場浪涌電壓的相關(guān)性。

4 整改措施

結(jié)合廠家對產(chǎn)品質(zhì)量的排查和現(xiàn)場檢測情況，確定電容產(chǎn)品質(zhì)量和現(xiàn)場電磁干擾為主要故障，對應(yīng)采取如下整改措施：

（1）考慮到兩起事件故障模塊為同一產(chǎn)品批次，且損壞元件均為0.33μ獨石電容，不排除批次產(chǎn)品的質(zhì)量問題，故將該批次的綜合控制模塊全部進(jìn)行返廠檢測并調(diào)換為新批次模塊。

（2）為提高綜合控制模塊的抗干擾能力，在各信號通道配置抗浪涌保護(hù)器TVS以保護(hù)綜合控制模塊模擬量輸入回路。

目前電廠已將綜合控制模塊進(jìn)行了全部更換，并將所有綜合控制模塊增加抗浪涌保護(hù)器。截止發(fā)稿日，未出現(xiàn)故障。

5 結(jié)論

水電廠電磁環(huán)境復(fù)雜，在設(shè)備選型階段要綜合考慮設(shè)備的抗干擾能力和設(shè)備運行過程中輸出干擾信號的大小，避免不同設(shè)備之間的互相干擾，保證設(shè)備長期安全穩(wěn)定運行。本案例中加裝抗浪涌保護(hù)器TVS的技術(shù)整改措施可作為電氣控制設(shè)備提高信號抗干擾能力的措施之一。