洪江水電廠4#機導葉操作油管抽動故障診斷與處理

鄧會祥 曾華清

（湖南五凌電力有限公司 長沙市 410004）

洪江水電廠位于湖南懷化市洪江區上游4.5 km處，是沅水流域一期滾動開發項目之一，安裝有6臺單機容量4.5萬kW的高水頭燈泡貫流式機組，總裝機容量27萬kW，額定水頭20m，設計最高水頭27.3m，最低水頭8.4m，投產時是國內單機容量最大的燈泡貫流式水輪發電機組，目前仍是國內設計水頭最高的燈泡貫流式水輪發電機組。

1 洪江水電廠調速器介紹

洪江水電廠調速器由微機調速器和機械液壓系統組成，微機調速器包括主調節器、備用調節器，轉速測量裝置、現地面板和用于數據采集和信號轉換及隔離的外圍元件。微機調速器采用法國ALSTOM公司生產的PID型微機雙調節調速器，對水輪機的導葉和槳葉進行調節；調速器配置兩套完全獨立的調節器（N1500、N1000），互為備用，從電源回路到反饋信號的輸入回路均是獨立的，主用調節器發生重大故障時自動切換至備用調節器，并可對主用調節器檢查，排除故障后手動切回主用調節器；具有轉速控制、功率控制和開度控制三種方式，三種方式之間可以互相切換。自2003年3月8日首臺機組投入運行以來，調速器的穩定性、可靠性和快速性均能滿足洪江水電廠的運行要求。

調速器型號：并聯PID數字式調速器；

額定壓力：6.4MPa；

導葉接力器容量：192dm2；

槳葉接力器容量：264dm2

導葉關閉時間：（6～20）s

槳葉關閉時間：（15～60）s

主要有如下特點：

（1）輸入輸出開關量經繼電器隔離后引入調節器，模擬量輸入輸出采用隔離變送器，有利于提高調節器的抗干擾能力。

（2）機組轉速測量為齒盤測速和殘壓測速兩種方式，測速齒盤有三個感應式接近開關，一路引入N1500，一路引入N1000，第三路引入測速裝置ADT1000，ADT1000提供15對開關接點，接點可在（0～300）rpm之間任意整定；機組測頻電壓信號取自機端PT，網頻測量電壓信號取自主變低壓側母線PT。

（3）導葉開度反饋采用感應式線性傳感器，槳葉開度反饋采用位置變送器，導葉、槳葉主配壓閥位置反饋采用接近式傳感器，引入調節器的信號為（4～20）mA 的電流信號。

（4）導葉和槳葉具有協聯關系，不同的水頭具有不同的協聯曲線；采用兩段開機律，提高開機的速度，縮短開機時間；停機時采用分段關閉，減小快速停機或突減大負荷時產生的水錘效應。

（5）具有自診斷和程序診斷功能。當調節器出現一般故障時，如水頭、上游水位、模擬量設置等故障，程序能自動處理，繼續維持運行并不切到備用調節器；當調節器出現重大故障時，如輸入輸出板、接口板、位置控制器板和系統程序嚴重出錯等故障，能自動切到備用調節器工作，不影響機組正常運行，只有當兩個調節器均出現重大故障時，才通過停機電磁閥緊急停機；調節器出現故障時均有信號送至監控系統。

2 故障現象

（1）1月24日6時，4#機運行時導葉操作油管、過速飛擺操作油管固定管卡松動，油管振動劇烈，并偶爾有抽動現象，部分螺栓用手可以擰動，當時負荷為10MW，調整負荷后抽動消失。

（2）1月29日上午，4#機運行時，當時負荷為30MW，出現同樣的抽動情況，停機后對管卡進行了緊固，開機至空轉正常。

（3）1月 30日 2：35，導葉操作油管再次出現同樣的異常抽動，當時負荷為45MW。

3 故障分析診斷與處理

從此次導葉操作油管抽動現象分析，可能與油管內有氣體存在，或者調速器內部與外部存在干擾信號，并且干擾信號頻率剛好達到了導葉操作油管路系統的共振頻率，由此對4#機進行全面的檢查，處理的思路是首先排除了油管內有氣體存在的可能，然后對調速器內部參數及外圍設備輸入輸出信號進行全面檢查核對，排除由于內部參數設置不對及輸入輸出信號造成干擾信號引起共振，再就是排除外部干擾信號引起共振。

（1）1月24日首次出現導葉操作油管抽動現象后，對4#機調速系統參數和導、槳葉協聯曲線進行了全面的檢查，然后對導葉和槳葉主配壓閥位置反饋量進行了檢查。

檢查到N1500的導葉主配壓閥位置反饋電流X1：403為4.928mA,到N1000的導葉主配壓閥位置反饋電流X1：407為4.978mA，與機組投產調試報告中 X1：403 為 5.03mA、X1：407 為 4.96mA 有一定的偏差。之后在停機狀態、壓力切斷、導葉全關時對主配壓閥的位置穩定情況進行了觀測未發現異常，對比例閥狀態進行了觀測未發現異常。在機械專業人員對管卡進行全面的緊固后自動開機至空轉，并對空轉工況下導葉位置、主配壓閥位置、比例閥位置進行觀測未發現異常。在空轉穩定的情況下并網帶1萬負荷運行，此時在檢查主配壓閥和比例閥位置曲線上有較多的尖波出現，但現場檢查導葉操作油管抽動平穩，后帶4MW負荷運行，在對導葉位置進行觀測時發現其有一次比較大的抽動，導葉位置平穩狀態下開度為16.2%，抽動時最大值為29.4%,在帶4MW負荷運行一段時間后轉為空轉狀態觀測，空轉穩定。

（2）1月30日上午，由監控系統模擬帶負荷運行，分別模擬帶25%、50%、75%、100% 的負荷進行觀測，在模擬帶負荷的過程中，調速器操作油管出現了異常抽動，并偶爾伴有劇烈抽動現象，油管抽動平穩時導葉開度為8.7%,抽動狀態下導葉位置最大值為42.4%，在機組轉為空轉（即跳開勵磁開關）后運行穩定，故初步判定為勵磁系統對調速器有干擾。

（3）在上述操作均由主用控制器N1500操作及監視后，連接備用控制器N1000進行操作及監視，并作相應的比較，之后將N1500與N1000反饋線進行換線檢查，發現仍有較多的尖波出現。

（4）現場檢查發現主配壓閥反饋電纜、比例閥電纜與勵磁電纜在同一個電纜橋架內，遂初步斷定為勵磁電纜對反饋電纜及比例閥電纜的干擾。檢查屏蔽線接地正常。將筆記本電腦連到N1500進行觀測，更換導葉比例閥電纜，空載狀況下異常抽動存在。恢復比例閥電纜，更換導葉主配壓閥電纜，開機至空載，異常抽動依然存在。解開機端TV測頻線，投勵磁，仍有異常抽動，以及更換導葉比例閥電纜，解開機端TV柜內機頻線，異常抽動依然存在。

（5）將調速器電氣柜停電后再復電，空轉轉空載檢查，故障依舊，將導葉主配壓閥位置反饋傳感器位置進行調整，N1500與N1000反饋電流均調整到5.01mA，開機空載狀況下，抽動較以前穩定，但未能從根本上解決。

（6）勵磁系統用示波器觀測波形正常，調速系統用示波器觀測無明顯異常，更換導葉接力器反饋電纜，調整部分參數前后在空載狀況下均有劇烈抽動。

（7）將4#機導葉位置變送器進行了更換，對導葉位置控制板POS板進行了更換，對PUI板進行了更換，對導葉主配壓閥位置反饋進行了調整，壓低導葉開限等均不能從根本上消除故障，均未能消除異常抽動。

（8）更換導葉位置傳感器，將4#機調速器N1500（主用控制器）導葉位置傳感器與 3#機調速器N1000（備用控制器）導葉位置傳感器互換，缺陷消除。開機帶負荷正常，機組轉備用。

4 故障處理總結

1 月24日首次對調速器系統進行全面檢查主配壓閥和比例閥位置曲線上有較多的尖波出現，同時對導葉位置進行觀測時發現其有一次比較大的抽動，由此可以判斷出確實存在干擾信號導致異常，在干擾信號源未確定的情況下，帶4MW負荷運行一段時間后轉為空轉狀態觀測，空轉穩定，并且機組模擬帶負荷未出現異常情況。干擾信號的不穩定給這次故障診斷處理過程增加了不確定性，也走了彎路。

對干擾信號的排查從上至下層層排除，機組開機、空載或運行，自動平衡狀態下，導葉接力器、操作油管等幅或非等幅周期性快速往復位移，伴有響聲，動幅大，快速高頻。嚴重時影響轉速正常調節，負荷快速交變，危及電網、機組安全和穩定。一般多為電氣故障（或微機軟件）、液壓卡阻所致。

（1）油管內存在氣體導致操作油管抽動一般出現在調速器液壓系統充油后的前期，因為導、槳葉經過多次的來回操作后大部分空氣已經排出，而且后期產生的油管、接力器的抽動頻度、強度越來越弱。

（2）調速系統參數和導、槳葉協聯曲線問題導致的問題一般是機組空載、單機或并列運行，自動平衡狀態下，導葉接力器周期或非周期、等幅或非等幅低頻往復位移。動幅較大，頻率一般為2Hz以下（0.5Hz～2.5 Hz），接力器擺動往往會引起機組轉速擺動，調節不穩定表現為持續不息或加劇，有時會自行消失。

（3）導葉位置、主配壓閥位置、比例閥、功率、頻率反饋根據其故障不同，調速器系統故障現象也不同。

（4）當機組未投勵磁時機組運行正常，投入后機組馬上有故障出現時可以斷定是勵磁系統引起的，但是這次故障診斷過程中并不是這樣的，其實原因很簡單，這是因為導葉位置傳感器間斷性故障導致的。

（5）主配壓閥位置、比例閥卡瑟會導致機組溜負荷或持續加負荷。

（6）外部電纜干擾對調速器系統的影響主要與干擾信號的特點有關。