關于水輪機調速系統的應用與故障維修

劉西明

摘 要：隨著時代的發展和社會的進步，水電行業也獲得了飛速的發展。作為水電行業的關鍵控制設備，水輪機調速系統控制著機組的整個發電過程，并且與水電站的安全運行以及經濟效益的提高息息相關。文章對水輪機調速系統的基本結構和應用進行了介紹，并對水輪機調速系統故障維修的方法進行了深入的分析和探討。

關鍵詞：水電行業；基礎能源設施；水輪機調速系統

隨著高新技術的廣泛應用，液壓技術、機械微機控制技術也逐步應用到水輪機制造行業。品種各異、性能多樣的調速器相繼被設計和制造出來。水輪機調速系統在設計上得以優化，性能也獲得大幅度的提高，使用上也越來越靈活和便捷。水輪機調速系統的應用在創造了更多的經濟效益的同時，還有效提高了機組的安全性能和使用效率。在生產實際中，水輪機調速系統也不可避免地出現故障，為確保水輪機安全穩定運行，必須及時發現故障并做好維修工作。

1 水輪機調速系統的基本結構

水輪機調速器是電廠中必不可少的設備，起到調節的作用，同時也是水電系統中最重要的結構。控制部件和執行部件是調節器的兩大組成部分。根據電網負荷的變化，水輪機調速器可以對電廠的有功功率輸出進行適當的調節。為確保電能頻率保持穩定，還需在規定的范圍內對機組的轉速進行控制。通常來說，水輪機調速系統即調速器和調速器控制的對象，其可靠運行與電能的質量和電網的安全息息相關，并且該系統的結構十分復雜，屬于非最小相位、非線性的系統。因此，非常有必要對該系統進行研究，以優化和改進系統性能。

2 水輪機調速系統的應用

2.1 水輪機調速系統的發展應用

隨著時代的發展，社會的進步，科學技術也在不斷的發展中創新，并廣泛的應用到生產和制造行業。作為水輪發電機組中重要的調控系統，水輪機調速系統的運行質量直接影響到機組的性能，進而對經濟效益造成極大的影響。隨著水輪機調速系統在水電行業中的廣泛應用，水輪機調速系統也經歷了一個從簡單到復雜，從低效到高效的發展歷程。而高新技術和設備的應用，也必將帶動水輪機調速系統向著高科技、智能化的方向發展。縱觀我國水輪機調速器的發展歷程，基本可以分為純機械液壓調速器、集成電路電液調速器、可編程電液調速器和工控機這幾個階段。調速器的不斷升級和改進，為電廠提供了更多的選擇機會。

2.2 水輪機調速系統的工作原理

水輪機調節系統屬于閉環系統，由水輪機控制設備和被控制系統組成。需要測量的參數有機輪轉速、功率等，由測量元件對其進行測量并得出結果后，與給定信號和反饋信號進行綜合。經放大校正元件控制執行機構、執行機構操縱水輪機導水機構和漿葉機構，同時經反饋元件送回反饋信號至信號綜合點。

水輪機調節系統由壓力產生裝置和壓力動作裝置構成，即通過機械液壓裝置來實現其調節的功能。首先，將高壓氣體充入壓力罐，接下來將壓力油抽入壓力罐體，所使用的設備通常為齒輪泵或者螺桿泵。對于常規油壓調速器來說，通常需要充入空氣，而對于高油壓調速器來說，則一般使用氮氣。氣體在壓力的作用下被壓縮，產生所需的壓強，并對油面產生作用，進而形成壓力油，實現蓄積能量的目的。

在電氣控制信號的驅動下，電液轉換裝置轉換為機械位移，并通過壓力油的做功使液壓放大從而產生較大的力，接力器在力的作用下開度變大，使得導葉開度和漿葉角度發生改變，對導水機構的流量起到調節的作用，從而實現對于水輪機調節系統中各被控制機構的控制。

3 水輪機調速系統的故障維修

3.1 運行階段的故障特征

3.1.1 新調試器在調試階段的故障。新研制的調試器較為常見的類型為比例閥型和液壓鎖型。在調試階段，其出現的故障主要表現為插頭組件的接觸不良、線圈老化、比例放大器故障、液壓值不合格等。故障相對復雜，有時并非單一的故障，而常常是多種故障同時存在，互相交錯。這兩種新型的調試器是通過對普通壓力閥加以改造得來的，因此也會發生普通壓力閥可能發生的故障。

3.1.2 定型調速器在調試階段的故障。在調試階段，定型調速器出現的故障主要表現為臟物進入管道和元件、外部發生泄漏、動作不夠靈活等。故障很容易被發現和排除，并且出現的可能性并不高。通過加強定型調速器階段的管理，嚴格控制安裝過程，將使得故障率顯著下降。

3.1.3 運行前期的故障。調試成功后就可以開始生產，即所謂的運行前期。在運行前期，其故障主要變現為管道受到工作油液的反復沖刷、漏油現象也會發生在部分密封件上。同時，元件的工作狀態不是很穩定，油液清潔度也明顯降低。而隨著運行時間的延長，進入到中期時，調速系統的故障率顯著降低，系統元件在最佳的工作狀態下運行。

3.1.4 運行后期的故障。在調速器運行的后期，經過長期的工作和各種負荷的作用，組件和元件都會出現不同程度的問題。這一階段，其故障主要表現為故障率明顯增加，內外部泄漏現象嚴重、效率下降、油泵啟動過于頻繁。因此，必須對已經失效的元件進行更換，定期對系統進行全面檢查，對于損壞的元件加以科學合理的修復，還要考慮到經濟性的因素。

3.2 調速系統的故障維修

3.2.1 管理好油液的性能和清潔度。水輪機調速器的順利運行，油液是必不可少的，加強油液的管理，確保其清潔度和性能至關重要。46號汽輪機油是當前應用較為普遍的油液，而溫度則是決定油液粘度的關鍵因素。油液粘度過高，將增大管路的損失。而油液粘度過低則會增大磨損和泄漏。必須及時對油箱內層的脫落物和管道的粘砂、銹蝕進行及時的清除，確保油液的性能和清潔度。

3.2.2 處理泄漏問題。調速器的高速動性使得一定范圍內的液壓沖擊是很難避免的，這也是導致泄漏的重要原因，因此必須及時合理地處理泄漏問題。

3.2.3 延長調速器的壽命。調速器的使用壽命與可靠性跟周圍的環境、使用情況等有著非常緊密的關系，必須在維護管理上多下功夫，改善使用條件和工作環境，延長調速器的使用壽命。

3.2.4 及時處理初期故障。水輪機調速系統在初期出現故障的概率比較高，這些故障大多是由設計和安裝制作上的誤差引起的，這些故障的發現和解決都需要很多時間，因此要特別關注初期故障。

3.2.5 處理好偶發故障。調速器在運行時發生偶發事故是很正常的，為了防止這類事故的發生，就要認真進行定期檢查、掌握各個階段的維護資料。

3.2.6 加強維護人員的維修知識。目前，隨著水電行業的快速發展，維護人員的技術水平和維修知識有了很大的提高，然而仍不能滿足水電行業高速發展的需求。而維護人員的知識技能水平是影響到故障維修管理水平的關鍵因素，所以維修人員的業務技能有待進一步提高。為改變故障維修工作相對落后的局面，確保調速系統的正常運行，必須加強對維修人員的培訓，使其綜合素質獲得提高。

4 結束語

水電行業是關系到經濟發展和國計民生的重要基礎性產業，而水輪機調速系統則在其中發揮了重要的作用。因此，非常有必要對水輪機調速系統的應用與故障維修進行研究和改進，以推動和促進水電行業的健康穩步發展。

參考文獻

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