淺析水電站調(diào)速器常見故障與檢修方法

涂彥超

摘要：水電站是我國電力系統(tǒng)中重要的組成部分，調(diào)速器是水電站中發(fā)電設(shè)備的重要部件之一，其直接影響到水電站的正常穩(wěn)定運行。本文分析水電站調(diào)速器運行中的常見故障與檢修方法，以促進水電站的正常運行。

關(guān)鍵詞：水電站;調(diào)速器;常見故障;檢修方法

前言

我國的能源消耗需求日益增長，同時環(huán)境問題也越來越嚴重，在這樣的背景下，水電站的裝機量不斷增長?？茖W(xué)合理的水利發(fā)電設(shè)施，不僅不會破壞環(huán)境，充分利用水電的能量，而且可以調(diào)節(jié)洪峰，達到抗旱防澇的目的，可以說是重要的社會公共設(shè)施。也因此，我國的水利設(shè)施發(fā)展非常迅速，在水利發(fā)電的過程中，調(diào)速器是重要的裝置之一，調(diào)速器可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)發(fā)電機的運行速度，從而可以將系統(tǒng)頻率保持在指定的區(qū)間。調(diào)速器如果發(fā)生故障，會對發(fā)電機的運行速度造成影響，從而導(dǎo)致頻率穩(wěn)定性下降，而無法實現(xiàn)組網(wǎng)，影響水利發(fā)電的發(fā)電效率。所以，及時處理調(diào)速器的故障，確保其穩(wěn)定安全運行，對于水電站的穩(wěn)定運行尤為重要。

1.調(diào)速功能分析

調(diào)速器作為水電站運行機制的核心組成部分，直接影響著水電站的整體運行質(zhì)量和效率。隨著技術(shù)水平的不斷提高，我國加大了對水電站建設(shè)和升級的投資，并進行了調(diào)速器的更新和維護工作，以確保調(diào)速器始終處于良好的運行狀態(tài)。調(diào)速器是一種自動調(diào)節(jié)裝置，依靠各種傳感裝置和控制設(shè)備，結(jié)合負載變化，來控制設(shè)備的功率，使相關(guān)設(shè)備始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)，從而保證了生產(chǎn)效率和，節(jié)省成本投資。調(diào)速器在水電站中的應(yīng)用，可以進一步發(fā)揮其自身的控制優(yōu)勢，將水電站的輪漿式水輪以及沖擊式水輪連接起來，以確保水輪機的高效運行。同時，調(diào)速器還可以合理地分配水輪機組之間的負荷，減少水輪機的負荷，減少設(shè)備磨損，并延長使用壽命。在很大程度上，節(jié)省了設(shè)備維護成本。調(diào)速器的科學(xué)高效運行，促進了水力發(fā)電廠設(shè)備控制系統(tǒng)的完善。在調(diào)速器的支持下，水輪發(fā)電機形成手動控制和自動控制兩種模式，以適應(yīng)不同的情況下水力發(fā)電機的管理和控制要求，確保即使負荷發(fā)生變化，水力發(fā)電機也能正常運行。除上述功能外，調(diào)速器還具有數(shù)據(jù)采集、邏輯分析和控制功能，可以在確保水力發(fā)電機正常運行的前提下，將運行速度控制在額定速度范圍內(nèi)，使水力發(fā)電機的穩(wěn)定輸出。調(diào)速器主要有以下作用：1）調(diào)節(jié)沖擊式和轉(zhuǎn)漿式水輪同時運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的排斥反應(yīng);2）分配到適當?shù)呢摵?，?jié)省成本并保證發(fā)電機組正常運行。3）啟動時加快速度，應(yīng)對不同的負荷。4）保持水輪發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)速度，不受功率影響。

2.調(diào)速器常見故障的原因分析及處理方法

梳理常見的故障類型、原因及解決方法，將有助于彌補目前水電站調(diào)速運行管理機制中的不足，有效提高故障排除和處理效率，逐步建成完整的水電站調(diào)速器控制故障排除機制。

2.1異常啟動頻率問題及解決方法

水電站調(diào)速器的常見故障可以分為幾方面，如開機后機組頻率低、頻率無法顯示、啟動后頻率波動大等，以確保對異常啟動頻率的有效處理。在科學(xué)原則和實踐原則的指導(dǎo)下，技術(shù)人員必須抓緊確定異常啟動頻率故障的類型，以確保故障排除的針對性。

（1）開機后機組頻率低：對于機組開機后頻率過低的異常情況，從實際情況來看，機組在運行后的一段時間內(nèi)會受到多種因素的影響，水輪發(fā)電機組不能達到預(yù)期的高頻率，阻止水電站人員根據(jù)需要將發(fā)電機連接到電網(wǎng)，從而影響實際的發(fā)電質(zhì)量和效率。水輪發(fā)電機組啟動頻率低的原因與調(diào)速器運行參數(shù)的設(shè)置密切相關(guān)。因此，如果在發(fā)電過程中水電站的啟動頻率太低，則主要原因是調(diào)速器正在運行的參數(shù)存在偏差，或者某些地區(qū)的水位由于季節(jié)因素而水位下降。在這種情況下，實際水位和調(diào)速器揚程設(shè)置之間會有一定的差距，從而導(dǎo)致水輪發(fā)電機組空轉(zhuǎn)，對水電站的正常運行將產(chǎn)生很大的不利影響。為了合理解決這個問題，工作人員需要著眼于現(xiàn)實，科學(xué)調(diào)整調(diào)速器的運行參數(shù)，適當增加調(diào)速器開度的限值，以有效解決水輪機啟動頻率低的問題，并為解決發(fā)電機組并網(wǎng)工作的實施提供技術(shù)支持。

（2）調(diào)速器無法顯示：在水電站水輪發(fā)電機運行過程中，調(diào)速器無法顯示信息，給相關(guān)人員的日常管理帶來很大的不便。出現(xiàn)此問題的原因主要是由于機械信號故障。因此，在實際的工作環(huán)節(jié)中，員工可以有針對性地進行相應(yīng)的技術(shù)處理。根據(jù)過去的經(jīng)驗，工作人員可以全面測試和評估水輪發(fā)電機組發(fā)送的各種信號。在評估過程中，找到信號傳輸中斷的位置。在此基礎(chǔ)上，快速分析故障的類型，并進行必要的設(shè)備更換或維護工作，以實現(xiàn)水電站的調(diào)速器的正常顯示，快速處理處理無法顯示故障。

（3）開機后機器頻率波動很大：水輪發(fā)電機運行后，發(fā)電機組的速度將發(fā)生顯著變化。在這種情況下，如果發(fā)電機組的頻率不變，或頻率波動很大，則對于水輪發(fā)電機的并網(wǎng)連接是極為不利的影響。啟動后機器頻率波動很大的原因主要與功率模塊的變化有關(guān)。在調(diào)速器運行期間，電池功率模塊將被加壓以將功率轉(zhuǎn)換為+5V，+24V功率。在模塊轉(zhuǎn)換的過程中，很難有效地保證功率的穩(wěn)定性，但是這種波動不會直觀地顯示在顯示器上，因此處理難度相對較高。在某些情況下，調(diào)速器的滑塊在驅(qū)動杠桿和控制桿時會承受更大的阻力，從而導(dǎo)致整個調(diào)速器無法正常運行。在此過程中，如果調(diào)速器接收到相應(yīng)的指令，很難將調(diào)速器的各種運行參數(shù)保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，并且不可能確保水輪發(fā)電機組保持正常的運行狀態(tài)，機器的頻率波動很大。在實際的處理過程中，工作人員需要了解機器頻率波動大的主要原因，并使用相應(yīng)的設(shè)備收集有關(guān)從功率轉(zhuǎn)換單元電路輸出的能量的數(shù)據(jù)。在檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)功率不足+5V的情況，可以直接更換功率模塊以重新啟動。當功率電壓低于+24V時，通過清潔電池內(nèi)部的雜質(zhì)，使電池組轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定性不斷提高，以確保水輪發(fā)電機的穩(wěn)定運行，同時可以有效消除波動。

2.2負荷波動問題及處理

水電站調(diào)速器負荷的波動主要表現(xiàn)在兩個方面。第一種是在將水力發(fā)電機組連接到電網(wǎng)的過程中，發(fā)電機組的負載突然減小并且負載為零。水輪發(fā)電機組處于空載狀態(tài)，不能正常發(fā)電。原因是水輪發(fā)電機組的水力發(fā)電站的斷路器發(fā)故障或斷路器異常，造成調(diào)速器無法正常工作。為了解決這個問題，工作人員可以及時更換斷路器，或者擦掉更方便有效的接觸措施，以消除其他外界因素對水輪機組負荷波動的影響，實現(xiàn)發(fā)電機組的平穩(wěn)運行。防止負載波動將對水輪發(fā)電機的運行產(chǎn)生不利影響。第二種是在水電站發(fā)電機組的過載操作過程中，調(diào)速器過載，線路跳閘。從過去的情況來看，故障的原因主要是水力發(fā)電機組的長期負載情況，調(diào)速器本身的負載也會相應(yīng)增加。如果此時將水力發(fā)電機連接到電網(wǎng)，則調(diào)速器中內(nèi)置的電啟動程序?qū)a(chǎn)生相應(yīng)的動作，并將水輪機的開度增加到100%，以確保水力發(fā)電機的正常運行并提高發(fā)電安全性。但是，必須意識到，如果保持100%的開度，則調(diào)速器很可能會遇到信號中斷的情況。由于過度打開，調(diào)速器無法在短時間內(nèi)快速反應(yīng)，這將導(dǎo)致定子超電流，引起跳閘發(fā)生。為了有效解決上述問題，在實際的故障排除過程中，水電站必須做好培訓(xùn)操作人員的工作。通過一系列培訓(xùn)和經(jīng)驗分享，可以幫助操作員在短時間內(nèi)快速熟悉調(diào)速器的管理要點并進行管理，以確保操作員在過載時能夠快速做出響應(yīng)。通過使用操作員的專業(yè)技術(shù)知識，將調(diào)速器的負載控制在合理范圍內(nèi)，以確保水輪發(fā)電機的有序運行，避免事故發(fā)生。同時，水電站可以建立健全的獎勵機制，將監(jiān)督管理作為員工日?？己说闹匾獦藴?，以監(jiān)督故障率率作為考核依據(jù)，給予員工一定的物質(zhì)獎勵或者懲罰。采取激勵機制激發(fā)員工參與調(diào)速器管理的積極性和主動性。水電站應(yīng)積極與調(diào)速器制造商交換信息，通過信息交互平臺，可以將調(diào)速器運行期間發(fā)生的問題快速反饋給制造商。制造商可以通過在線分析或派遣專家分析提供幫助。水電站可以在短時間內(nèi)確定調(diào)速器故障的類型，制定故障排除和維護計劃，以促進對與調(diào)速器有關(guān)的故障的快速響應(yīng)，并逐步建立成熟而完整的水電站調(diào)速器故障排除機制。

2.3電氣故障的問題和處理

（1）開機前光字牌位置偏移：此類調(diào)速器故障的具體表現(xiàn)是啟動前一段時間，光字牌的位置超出了調(diào)速器的控制范圍。發(fā)生此類故障的主要原因與調(diào)速器本身密切相關(guān)，主要是因為電動機無法正常工作，也可能是由于振動導(dǎo)致電動機的螺絲松動和掉落，這是由調(diào)速器的長期振動引起的。對于此類故障排除方法要檢查調(diào)速電機的固定螺釘是否擰緊嗎，固定好松動螺釘后，可以檢查其他螺釘是否松動并脫落，并一起處理。擰緊螺絲后，若無法保證固定性，可以使用其他方法（例如膠水等）來幫助固定螺釘，也可以將其更改為可以固定的其他螺釘。

（2）柴油機故障：此類調(diào)速器故障的具體表現(xiàn)是如果所有運行參數(shù)都不異常，則柴油機將無法正常運行，并且調(diào)速器也會失去功能。發(fā)生此類故障的主要原因是調(diào)速器出現(xiàn)問題，電氣高速限位螺釘錯位失去其原始位置，從而導(dǎo)致此類故障。故障排除方法是將電氣高速限位制動螺絲移動到正確位置，以確保柴油發(fā)動機空載或滿載都能正常運行。

3.案例分析

本文以IEEE14節(jié)點系統(tǒng)為例分析調(diào)速器故障，圖1為IEEE14節(jié)點系統(tǒng)的詳細結(jié)構(gòu)。

構(gòu)成IEEE14節(jié)點系統(tǒng)的主要電氣設(shè)備是電力變壓器和發(fā)電機組，分別為3臺和5臺，系統(tǒng)總負載為260MW。IEEE14節(jié)點系統(tǒng)由設(shè)備調(diào)速器在不同狀態(tài)下引起的故障的分析如下：

如表1所示，假設(shè)系統(tǒng)總負載的十分之一是功率短缺，并且當調(diào)速器速度降低時，發(fā)電機組的功率短缺是系統(tǒng)總負載的二十分之一，則調(diào)速就運行速度增加時，發(fā)電機組的功率短缺占系統(tǒng)總負載的比例和運行速度降低時相同;功率短缺是正的還是負的，調(diào)速器都無法正常運行。鑒于調(diào)速器產(chǎn)生的不同故障狀態(tài)，表2顯示了以下分析。

從表2中可以看出，當系統(tǒng)功率不足為正時，系統(tǒng)頻率會降低。主要原因是系統(tǒng)負載超過了發(fā)電機組的負載。當系統(tǒng)功率不足為負時，系統(tǒng)頻率將更高。作為水輪發(fā)電機組的重要組成部分，調(diào)速器可以維持水輪發(fā)電機組的正常運行。因此，應(yīng)注意調(diào)試器的日常維護和保養(yǎng)，以確保調(diào)試器可以高效運行，并確保水輪發(fā)電機的安全運行。

結(jié)束語：

調(diào)速器的功能與水電站的發(fā)電機組是分不開的，雖然不是發(fā)電機組的主要結(jié)構(gòu)，但其功能和作用是不可替代的。調(diào)速器的正常運行是確保發(fā)電機組安全正常運行的基礎(chǔ)，必須進行例行檢查和維護，一旦發(fā)生故障，必須在第一時間進行處理，有效地控制事故的進一步擴大并避免造成不必要的損失。使水力發(fā)電機組可以高效安全地運行，真正實現(xiàn)綠色節(jié)能的水力發(fā)電。

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