某水電廠調速器改造歷程

汪江峰，劉文峻

（國網新源控股有限公司檢修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310000）

某水電廠調速器改造歷程

汪江峰，劉文峻

（國網新源控股有限公司檢修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310000）

簡要介紹了某水電廠50年來調速器運行維護中發現的問題及調速器歷經的多輪改造中使用過的各種類型調速器性能、優缺點、易出現的缺陷，為水電廠使用的各類調速器運行維護提供相關經驗。

調速器；運行維護；比例伺服閥

0 引言

某水電廠是新中國成立后建設的第一座“三自”電站，1960年4月22日第一臺機組投產發電，現有裝機9臺，總容量85萬kW。其調速器的改造歷程完整的涵蓋了整個調速器發展的歷史，經歷了從T型機械液壓式調速器到JDT型電液調速器，再到WBT和WBDT型步進式調速器，近年來又陸續將步進式調速器更換為PFWT型比例伺服閥+伺服電機型微機調速器和CVT型數字式調速器。

1 機械式與電液伺服式調速器

該電廠自1960年第一臺機組投入運行以來，一直采用的是T-100型和DT-100型機械液壓型調速器。基于當時的技術水平和加工制造能力，改型調速器也能基本滿足機組的運行，但整體穩定性不夠，經常出故障。長期運行發現，該型調速器主要有以下幾個缺點：①調速器靜特性，轉速死區大，速動性和穩定性較差。②電氣元件易老化，使用壽命短故障率高。③機調柜內都是明管路，交錯復雜，日常維護和檢修不便，接頭漏點較多，操作不便。④日常維護工作量非常大。

進入90年代初，經過廠有關職能部門和班組調查研究。1995年1月，電廠在5號機開始使用KZT-100微機調速器，同年8號機也使用該型號。1995年7月在3號機使用WT-100微機調速器，陸續在1號機、6號機上也使用該型號。

KZT-100、WT-100-STARS微機調速器的伺服系統采用的是環噴式電液轉換器。由于電液轉換器先導級動圈部分作用力較小，電液轉換器在進行液壓放大時需要壓力油源，噴環對油質的要求比較高。在實際運行中，由于供給環噴裝置的油質不滿足要求，電液轉換器容易出現環噴裝置發卡、拒動、零漂等故障，手/自動切換電磁配壓閥和增/減電磁配壓閥也經常發卡。這些故障嚴重影響到機組的安全運行。另外，由于環噴裝置需要壓油裝置提供壓力油，并且其耗油量也大，這也造成油壓系統的壓油泵頻繁啟停，不利于壓油泵的安全運行。此外，該型號調速器的接力器行程反饋信號是采用鋼絲繩反饋機構，由于反饋時，反饋機構需要較大的拉力，經常會出現鋼絲繩斷裂的現象。鋼絲繩頻繁斷裂也一度成為困擾機組安全運行的重大缺陷。KZT-100型調速器機械液壓系統見圖1。

從缺陷統計表1可以看出，使用環噴式電液轉換器的KZT-100、WT-100型微機調缺陷率高達66.7%（1999年），最高時達到92.9%（2000年）。

圖1 KZT-100型調速器機械液壓系統Fig.1 Mechanical hydraulic system of KZT-100

表1 調速器缺陷統計表（1999～2002年）Tab.1 Defect statistics of the governor

2 調速器改造過程及分析

隨著工業技術水平和加工制造精度的提高，調速器的種類和控制方式也不斷豐富，為提高設備運行的穩定性、可靠性及性能指標，進一步提高電站的綜合自動化水平，電廠對調速器進行了多個階段的更新改造。

第一輪改造：1995年開始，將原有的機械液壓型調速器更新為電液伺服系統的微機調速器。基于環噴式電液伺服系統存在的諸多問題，電廠在經過統計分析各類缺陷發生頻率及產生缺陷的原因后，又對調速器廠家、同類水電廠等單位充分調研，為進一步提高調速器調節的可靠性，該廠對調速器進行了第二階段的改造。

第二輪改造：1999年7月該電廠開始實施增容改造工程，單機容量由72.5MW增加到95MW，調速器也同步進行了新的一輪改造。

該次改造調速器更換為WBDT-100型步進微機調速器（見圖2）。此調速器由伺服系統采用的是步進電機組成的電機伺服裝置，取消了抗油污能力差的電液轉換器，提高了可靠性。電氣回路取消了電位器和繼電器，減少了接觸不良、抗干擾性差的不足。易于實現無條件、無擾動的自動至手動的切換。機械柜內取消了電液轉換器、手/自動切換閥、增/減電磁閥等相應管路，簡化了開度限制機構、簡化了杠桿，減少了漏油量，極大地減少了日常維護工作量。步進式調速器缺陷率低，可靠性高。從1999年7月9號機開始使用WBDT-100型步進式微機調速器，后來其他機組逐步更新。從近6年的運行狀況來看，缺陷發生率極低，全年只有l、2次缺陷。該調速器的性能完全能夠滿足電廠運行需要，機組的各種運行模式的切換和正常運行能夠得到保證，大大地提高了機組運行穩定和可靠性，確保電廠供電的電能質量。

圖2 WBDT-100型步進微機調速器Fig.2 WBDT-100 type step microcomputer governor

第三輪改造：隨著使用年限的增加，WBDT-100型步進式微機調速器在機組的日常運行中也有逐步出現引導閥發卡、步進電機有異音等現象。2008年該廠1號機曾發生3次引導閥發卡，7號機發生2次引導閥發卡。2008年7月還曾發生負荷從20MW增加到90MW的過程中，當步進電機全開時，步進電機絲桿與平衡桿全部脫開，引導閥因發卡，不能動作。后經運行人員將調速器運行方式由自動改手動，操作手輪將步進電機關回。當手輪壓到平衡桿后，繼續往下壓，引導閥活塞向下動作，再操作手輪控制步進電機使引導閥活塞往上關機。通過幾次手動操作后，引導閥活塞才逐步消除了發卡的現象。2008年曾發生引導閥背帽松動，引起引導閥活塞偏移中間，當引導閥活塞下移，引起調速機零位改變，壓力油進入接力器的開機腔，從而導致導葉打開，造成機組自開機的情況。2009年6號機組大修甩負荷的過程中，也發生引導閥發卡事故，后通過引導閥重新安裝調正，方消除了引導閥發卡。

第四輪改造：隨著電網對電廠的一次調頻和黑啟動等調節能力的要求不斷提高，就需要對調速器的性能提出更高的要求。該電廠為了滿足黑啟動和AGC調節的需求對調速器開展了第四輪改造。

該廠職能部門通過對電網對機組調節能力的分析，認真總結了調速器所需滿足的技術要求，并與專家溝通，確定了當前一輪調速器改造，調速器需達到的各類技術指標。在2010年9號機大修過程中，調速器更換PFWT-100-2.5型比例閥、伺服電機冗余調速器（見圖3）。

圖3 PFWT-100-2.5型調速器Fig.3 PFWT-100-2.5 type governor

隨著水輪機調速器性能不斷發展，為比較不同型號調速器的調節性能，該廠于2012年3月2號機大修時引進了CVT-100數字式水輪機調速器（見圖4）。

圖4 CVT-100數字式水輪機調速器Fig.4 CVT-100 digital hydraulic turbine governor

3 最新調速器的特點比較

3.1 PFWT-100-2.5型調速器

此類調速器有兩套伺服系統，兩個自動運行通道。第一種為比例伺服閥：由微機系統計算分析后輸出的信號送到比例閥，再由比例閥輸出壓力油信號控制主配壓閥操作接力器動作。第二種為伺服電機：伺服電機將旋轉運動轉換為機械的直線位移輸出，驅動引導閥上下動作，再通過主配壓閥液壓放大系統控制接力器動作。

該調速器緊急停機閥組處于優先位置，可保證機組在緊急狀態下安全關機。而當調速器交、直流電源發生故障時，伺服電機直線位移轉換器能保證主配壓閥自動恢復至中間位置，維持導葉在故障當前位置，并可實現純手動開關導葉。通過兩年機組運行情況來看，調速器能優質地完成各項調節任務。比例閥調速器結構簡單，取消了機械反饋，極大地減少了維護量。但比例閥對油質的要求較高，需定期檢查油質情況和清洗油過濾器。目前該廠已有1、3、4、5、6、8、9號機調速器更換為PFWT-100-2.5型調速器。

3.2 CVT-100數字式調速器

CVT-100數字式調速器采用邏輯插裝技術，由高速開關閥與邏輯插裝閥等標準液壓件進行元件—組件—回路的多層次組合和優化，進而實現了調速器調節和控制。

它突破了傳統的電氣—機械/液壓轉換元件＋主配壓閥的形式，完全取消了主配壓閥，調節、控制無需“中間位置”與機械反饋來保證。它由電氣調節柜和機械調節柜兩部分組成，電氣柜接收來自監控、保護系統及機組多種傳感器信號；如導葉反饋信號、電網頻率、水頭有功等信號，經過計算下達導葉調節信號到機械柜，通過機械調節柜液壓放大實現開停機。

機械液壓隨動系統采用模塊化結構，可根據使用需要進行靈活的組合和布置。整個液壓控制柜具有很高的集成度，無任何的杠桿、鋼絲繩及外露管路。

它還利用高速開關閥與插裝閥的優化組合，取消了傳統的主配壓閥、電液轉換器等問題較多部件，從根本上消除了調速器閥件工作不可靠的機理，如拒動、發卡、零位漂移等。電氣部分無需電氣D/A轉換，把微機直接與液壓部分結合起來，簡化了系統結構，電液轉換過程快捷無時滯、信號失真小。將數字技術所具有的穩定、可靠、高精度及可附加外部運算單元等優點帶到調速器液壓隨動系統中來，控制方式的實現靈活易行，從而降低了出現故障的概率。即使電氣部分徹底失靈，也能使接力器保持當前開度始終不變并自動切為手動運行，避免故障的擴大以及由此造成的不良后果。

對于CVT-100數字式調速器，電廠實際安裝過程中，由于調速器設計人員未充分考慮到油壓變化問題，該型調速器設計油壓為4.0MPa，而電廠額定工作油壓為2.2MPa，因壓力偏低，接力器關閉時間過長，機組甩負荷時導致機組轉速上升率偏高。因無法加大調速器插裝塊孔徑和主控閥活塞的直徑，也無法提高全廠液壓系統壓力，現場安裝時最終采取了縮短主控閥活塞長度，增大工作油口流量的方法才解決了關機時間過長問題。

4 結束語

以上所述為該電廠水輪機調速器50余年來改造的一個大致過程。每個階段都不同程度地解決了存在的問題和缺陷，可靠性不斷提高，運行指標不斷優化。由于調速器各項性能及系統工作效率的不斷提高，諸如油泵啟停頻率、缺陷發生率等都得到了改善，目前使用的調速器有顯著的節能、環保、增壽的效果，并且該兩類調速器整體結構簡單、操作簡便、維護工作量極小。

[1]常進時，壽梅華，于希哲.水輪機運行[M].北京：水利電力出版社，1983.CHANG Jinshi，SHOU Meihua，YU Xizhe.Turbine Operation [M].Beijing：Hydraulic and Electric Power Press，1983.

[2]趙坤耀，楊惠生.我國水輪機調速器技術的發展概況[J].水利水電技術，1996，5（5）：49-51.ZHAO Kunyao，YANG Huisheng.Overview of the development of governor technology in China [J].Water Resources and Hydropower Engineering，1996，5（5）：49-51.

[3]蔡維由.水輪機調速器[M].武漢：武漢水利電力大學出版社，2000：4-35.CAI Wei from the turbine governor [M]Wuhan：Wuhan University of Hydraulic and Electric Power Press，2000 ：pp4-35.

[4]魏守平.現代水輪機調節技術[M].武漢華中科技大學出版社，2002：1-245.WEI Shouping.Modern hydraulic turbine regulation technology [M].Wuhan Huazhong University of Science and Technology Press，2002 ：1-245.

[5]張建明，等.插裝技術在水輪機調速器中的應用//2008第二屆水力發電國際會議論文集.中國電力出版社，2008年.ZHANG Jianming，etc.Application of plug-in technology in the governor of the turbine // 2008 The 2nd International Symposium on Hydroelectric Power.China Electric Power Press，2008.

[6]周泰經，吳應文.水輪機調速器實用技術[M].北京：中國水利水電出版社，2010.ZHOU Taijing，WU Yingwen.Practical technology of hydraulic turbine governor[M].Beijing：China Water Conservancy and Hydropower Press，2010.

[7]周海蒙，吳慶超.三插溪水電站調速器的技改實踐[J].小水電，2013，3：65-66.ZHOU Haimeng，WU Qingchao.Technical innovation practice of the governor of Sanchaxi Hydropower Station[J].Small Hydropower Station，2013，3 ：65-66.

Transformation Course of Governor in a Hydropower Plant

WANG Jiangfeng，LIU Wenjun
（Hangzhou Branch of Maintenance Company State Grid Xinyuan Company LTD，Hangzhou，310000，China）

For the last 50 years，the problems found in the operation and maintenance of the governor and the various types of governor performance，advantages and disadvantages，easy to appear defects used in the transformation of the governor after many times were introduced in the paper.These content can provide relevant experience for the operation and maintenance of all types of governor used in hydropower plant.

governor；operation and maintenance；proportional servo valve

TK733+.1 文獻標識碼：B 學科代碼：470.3030 DOI：10.3969/j.issn.2096-093X.2016.06.010

2016-06-11

汪江峰（1970—），男，水輪發電機組調速器機械檢修技師，長期從事水電站機組檢修。E-mail：wjfht@sohu.com

劉文峻（1989—），男，助理工程師，長期從事水電站機組運維檢修管理。E-mail：liuwenjun_89@sina.com