水輪發電機調速器故障分析及處理

宇文磊縣

摘 要：近年來，我國相繼有一些中小型水電站建成投產，這部分水電站的投產，有效的緩解了當前我國電力供應緊張的問題。水輪發電機是水電站電力生產中重要的設備，只有水輪機能夠穩定、正常的運轉，才能確保水電站生產效益的實現。但在水電站電力生產過程中，對水輪發電機的正常運行影響因素的因素較多，特別是調速器機械故障的發生，對水輪發電機組的正常運轉具有十分嚴重的影響。文中從水輪發電機調速器故障及抽動類型入手，對調速器主配壓閥抽動故障原因進行了分析，并進一步對故障排除措施及效果進行了具體的闡述。

關鍵詞：水輪發電機；調速器；主配壓閥；故障；對策

前言

水電站在電力生產過程中水輪發電機是不可或缺的重要動力設備，對水電事業的發展具有極為重要的意義。在水輪發電機組中，調速器作為調節機組轉速重要部位，只有調速器正常運轉，水輪發電機組才能正常的運行，為水電站的電力生產創造良好的效益。但在實際運行中，調速器故障發生率較高，一旦調速器不能正常的運行，則會導致水輪發電機無法正常運轉，所以需要針對水輪發電機調速器的故障進行詳細的分析，并對其采取必要的處理措施，確保水電站運行的安全性和穩定性。

1 水輪機調速器故障分析

文中針對某水電站中水輪機組調速器改造后的故障為例，對調速器故障進行具體的分析。該水電站調節轉速的主要動用采用的數字閥式水輪機調速器，同時為了能夠有效的提高發電機組的運行效率，對該水電站的5號機組的調速器進行了改造。改造完后調速器在投入使用后發生了主配壓閥抽動現象，對機組的性能帶來了較大的影響。所以在對主配壓閥維修過程中，將主配放大系數調小，抽動現象消失，但該機組運行一段時間后，又發生了抽動現象，而且有功波動也較為頻繁，但此時對相關參數進行調節后波動現象并沒有得到緩解，將有功調節到108MW時，有功波動才得到緩解，所以初步判斷導致抽動故障發生的原歷可能是主配壓閥的反饋位移傳感器存在問題，對其進行更換后正常運行，但一周后抽動故障又再次出現。所以針對于這一故障的存在，為了能夠將該故障得到徹底的解決，則需要對發動機組進行全面的檢查，從而將導致調速器故障的根本原因找出來，徹底的排除故障。

2 抽動類型

在對發動機組進行現場檢查中發現，當機組開機、空載或是動行自動平衡狀態下時，導葉接力器會出現快速往復的等幅或是非等幅位移，而且還伴隨著較大的響聲，抽動幅度較大，頻率較高，這就會導致轉速的正常調節受到影響，負荷變化的速度較快，對機組及電網運行的安全性帶來較大的影響，導致這種情況發生的根本原因，多為電氣故障、液壓卡阻。

3 調速器主配壓閥抽動故障原因分析

在對調速器的電氣控制系統進行分析時，我們主要對其硬件和軟件進行了分析研究。對于軟件來講，我們認為其濾波功能不夠完善，且負載功率調節死區過小，這些問題都對主配壓閥抽動故障的發生起到一定的推動作用。而對于硬件方面，我們利用一定的方法對其比例伺服閥的控制進行了計算，通過計算我們得出在發電機組正常運行的時候，調速器的整機放大系數、PID計算值、導葉開度反饋值、位移反饋方法系數以及位移反饋值等參數都應該是處于固定不變的狀態中。但如果位移反饋值是一固定的工作點，調節完成后，主配壓閥的閥芯回到中間位置，主配壓閥位移傳感器也回到零點位置，由于現在調速器主配位移傳感器使用的是主配壓位移傳感器，該傳感器是導電塑料電阻軌型，觸點長時間在導電塑料導軌的某一點摩擦會造成接觸不良。降低了主配壓閥閥芯回到中間平衡位置的精度，造成調速器引導閥不可能回到中間平衡位置，而是在死區的臨界位置來回波動，使得調速器調節頻繁，引起主配壓閥抽動。更換同型號的主配位移傳感器，抽動現象暫時消失，運行一段時間后又會出現同樣的情況，在不更換主配位移傳感器的情況下，通過調整調速器比例閥導葉開、關放大倍數和主配壓閥位移反饋放大系數，可使抽動減弱，但抽動現象難以根本解決。導葉反饋位置安裝不合理，水輪發電機組在開機時震動較大，導葉反饋與導葉接力器為拉桿式硬連接，從而導致反饋抖動較大，抖動變化值在0.3～0.8之間。導葉反饋的抖動引起比例閥控制輸出的迅速變化，由于導葉反饋的變化是震動干擾信號，控制系統無法進行收斂控制，比例閥控制輸出的迅速變化導致調速器主配活塞的上下抽動。

4 故障排除措施

4.1 調速器系統硬件處理

4.1.1 更換主配小反饋

采用大流量比例閥內部的反饋耐壓型位移傳感器，該位移傳感器是根據差動變壓器的原理工作的，套在線圈中的鐵心在耐壓管內移動，耐壓管可以承受最大到31.5MPa的壓力，能適應對壓力介質中的某一段進行位移測量，測量過程是無接觸和無磨損的，分辨率高且不受限制。放大器集成在閥體內，并根據相應的行程進行調節。傳感器由DC12V電源供電，并產生0～DC10V電壓作為輸出信號。

4.1.2 導葉反饋傳感器安裝在振動相對較小位置

利用機械變換裝置在水車外進行反饋傳感器的安裝，這樣即使水輪發電機組運行過程中有振動產生，也不會對導葉反饋信號產生影響，從而有效的避免了在振動下對信號干擾的產生。

4.1.3 消除電磁干擾

要想有效的消除電磁所帶來的干擾，則需要對調速器的電器柜殼體接地進行有效的處理。同時將反向、續流的二極管接在外部直流繼電器或是電磁閥線圈上，并將阻容吸收器件接在接點兩端的位置，從而達到消除電磁干擾的目的。

4.2 調速器系統軟件處理

4.2.1 在PLC程序中對比例閥的濾波處理

對比例閥進行濾波處理時，則需要在負載、非頻率調節且開度偏差小于5 時，同時還要在延時10s后進行處理，并且可以在觸摸屏中對其大小進行設置。

4.2.2 對數字閥的控制進行修改

一旦數字閥調節進入到開度死區時，同時可以在觸摸屏中對延時時間進行設置，然后進行延時輸出。

4.2.3 對調速器的控制

在調速器可編程邏輯控制器（PLC）進行相應處理。負載開度調節工況或者電手動工況下，假如控制輸出與實際開度的差值小于3 ，則修改主配反饋放大倍數為1，并且當主配位移變化超過100個數的時候，限制其計算值最大為100。

4.2.4 設置抖動報警功能

對于抖動報警功能，可以在程序中進行設置，通過觸摸屏中進行報警功能、幅值、抖動次數及時間的設置，而且將報警信號上送到監控上位機，這樣有利于運行人員監視工作的開展。

5 處理效果分析

對于調速器抽動故障的問題，通過更換了高可靠性及高測量精度的位移傳感器，并對PLC程序進行了升級優化，水輪機調速器主配壓閥抽動故障得到有效的解決，水輪機組運行十分穩定，性能良好。

6 結束語

在水電站發電生產過程中，調速器發揮著非常重要的作用，不僅對水輪發電機組運行的穩定性有著重要的影響，而且還直接關系到水電站正常生產的進行。所以需要對調速器主配壓閥抽動這一較為常見的故障進行深入的分析，從而找出導致這一故障發生的根源，并采取科學有效的方法進行排除，確保故障得到根本性的解決，使水輪發電機組的正常運行能夠得到有效的保障。

參考文獻

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