水電站水輪機調速器調試與維護的研究

鄒龍軍

（重慶三峽水利發電有限公司重慶市萬州區404000）

水電站水輪機調速器調試與維護的研究

鄒龍軍

（重慶三峽水利發電有限公司重慶市萬州區404000）

水電站調速器對于發電生產過程有著決定性影響，其運行的穩定性和可靠性決定著整個電站的發電質量。因此，水電站工作人員應該重視水輪機調速器的調試和維護工作，以保證水電站能夠正常運轉。本文結合實例對水電站水輪機調速器調試與維護進行了研究。

水電站；水輪機調速器；調試；維修

1 引言

電力是我國的工業生產和日常生活應用的重要能源之一，隨著我國不可再生資源的日益減少，水力發電的優越性日益顯示。水輪機調速器作為水電廠的重要設備，對水電站的正常運行起到關鍵作用，與水電站能否正常發電的工作密不可分，一旦調速器出現故障，將直接關系到水輪機組乃至電力系統的安全穩定運行，因此水電站工作人員重視水輪機調速器的調試和維護工作，及時調試、檢修、維護水輪機調速器，才能最大程度的避免水輪機調速器出現問題，進而保證水電站正常工作。

2 水電站調速器概述

某航電樞紐工程是一個以航運和發電為主，兼顧灌溉、供水、旅游及水產養殖等綜合效益的航電樞紐工程。電站安裝有燈泡貫流式水輪機組6臺，總裝機容量90MW。

2.1 調速器主要結構

該電站水輪機調速器采用PZWST150-6.3型調速器，電液轉換器采用比例伺服閥，手操機構采用帶自復中性能的直線位移轉換器，調速器工作油壓為6.3MPa，主配壓閥直徑為150mm，導葉、槳葉反饋采用電氣反饋，無機械反饋和機械開度限制，協聯型式為電氣協聯；電氣部分采用法國施耐德生產的M340型PLC，測頻為殘壓測頻和齒盤測頻冗余型式。調速器機械部分主要由比例伺服閥、手操機構、緊急停機電磁閥、手自動切換閥、雙精濾油器、液壓反饋閥（也叫引導閥）和主配壓閥及事故配壓閥、分段關閉閥等部分組成。調速器電氣部分主要由電源部分（包括電源斷路器、開關電源和PLC電源模塊、電源變壓器，二極管模塊等），頻率測量部分（包括隔離變壓器、殘壓齒盤整形模塊、接近開關、高速計數模塊等），輸入輸出部分（包括繼電器、模擬量輸入輸出模塊、開關量輸入輸出模塊），傳感器部分（包括水頭測量差壓變送器、導葉開度測量傳感器、槳葉開度測量傳感器、主配位置測量傳感器、有功變送器等）、CPU模塊、工控機和其它部分組成。

2.2 調速器的工作原理

調速器電氣部分控制原理及傳遞函數結構詳見圖1。該系統閉環傳遞函數為：

式中：TYB-伺服比例閥時間常數，TYZ-主配接力器時間常數，TY-接力器時間常數。

如果忽略數值很小的伺服比例閥時間常數YYB，則得到傳遞函數為：

3 水電站水輪機調速器調試

水輪機調速器的結構較為復雜，不僅要求相關工作人員有較高的專業知識水平，而且要求工作人員在工作過程中必須保證嚴謹、認真的態度，在調試過程中使用正確的調試技術。技術人員需要對水輪機調速器的工作原理熟練掌握，只有在熟練掌握其工作原理的前提下才能進行正確的調試工作。在進行調試的過程往往需要做幾個簡單的實驗，在遇到復雜的情況下就需要工作人員將自己的專業技術和工作經驗相結合，采取恰當處理方式，一定要做到具體問題具體分析，不能把所有問題都等同處理。

圖1 調速器電氣自動控制原理框圖

3.1 進行調試時首先要進行實驗

通常調試時所作的實驗可以分為靜態試驗和動態實驗兩種，這兩種實驗針對不同的檢測與分析對象。靜態試驗主要是監測調速器的轉速是否正常，一般是在機器還沒有充水時進行的；動態試驗主要是對調速器的質量進行測試，保證測速器的各個性能指標都能夠大大水輪機正常工作的要求，一般是在水輪機充水后進行的。

3.2 進行調試時再次要進行檢測

檢測是調試工作的另一項任務，主要是檢查調速器的各項功能以及調速器配件的性能是否正常，通常情況下這種檢查可以分為手動檢查和自動檢查兩種。

4 水輪機調速器的維護工作

水輪機組調速器運行性能的好壞，除與本身的設計和制造工藝有關外，還與其日常維護情況有著密切的關聯，良好的維護可以保證調速器的運行長期保持在比較好的狀態，促使其使用壽命延長。水輪機的日常維護工作主要有以下幾方面：

4.1 調速器良好工作條件的保持

（1）確保水輪機組的運行狀況正常。在水輪機空載運行狀態下，大型調速器的轉速偏差值應保持在±0.2%以內；中型調速器應保持在±0.3%以內；小型調速器應保持在±0.4%以內。

（2）調速器在儲存和運輸過程中的環境溫度應保持在-5～40℃之間，相對濕度在90%以內，不應有酸堿鹽等腐蝕性氣體，并且應預防粉塵、雨雪的損害。

（3）調速系統所用潤滑油的油質應選用與國標GB11120中46號機油相同或相近的機油，運行油溫保持在10～50℃之間。

（4）調速器在運行過程中，其潤滑油油壓的變動值應保持在工作油壓的±5%以內，在調節過程中的油壓變動值應保持在工作油壓的±10%以內。

4.2 調速器的常規檢查

調速器的常規檢查內容主要有：確保調速器工作環境整潔，防止液壓管道中有灰塵進入，影響液壓系統的正常運行；防止液壓油受潮氣影響，液壓油水分過高一方面會對設備造成腐蝕，同時一旦液壓油在管道中快速運動有大量氣泡產生，則會造成油路不暢，甚至造成液壓油外溢；檢查導閥活塞是否有卡阻現象，一旦發現應盡快進行處理觀察機組在運行過程中不僅電機動作是否頻繁、溫度變化是否在規定范圍以內；檢查各部件安裝是否牢靠、計量表和監控畫面指示是否正常；檢查監控界面的各項數值是否與設備實際運行狀態相符；注意監控系統是否有故障報警信息發出。

4.3 調速器的常規維護

調速器維護注意是調速油路和電氣系統的檢查。其主要內容有：調速器潤滑油應定期進行處理或更換，正常情況下每年進行一次，新裝或大修設備應在兩個月內至少進行一次。濾油器每周要進行一次清潔，當前后壓差過大時應立即進行更換或清理。工作油泵和備用油泵每周進行一次輪換。定期檢查電氣部分的設備運行情況，對電氣設備的輸出數據與歷史數據和實驗數據進行比較，判斷其運行狀態是否正常，及時發現故障隱患并提前進行處理。對事故停機電磁閥的動作情況每月進行一次檢查，以保證動作發生時，保護器的有效性。

4.4 調速器的狀態監測

水輪機調速器狀態監測主要是通過計算機實現對調速器狀態的實時監測，掌握設備運行狀態，主要包括各種檢測、測量、監視、分析、判別方法，結合系統歷史與現狀，綜合考慮環境因素，評估設備運行狀態，判斷其是否處于正常狀態，并對狀態加以顯示、記錄，對異常狀態做出報警，以便運行人員及時處理，為設備故障分析、性能評估、合理使用與安全工作提供基礎數據。典型水輪機組調速系統狀態監測系統主要包括四大組成部分：①傳感及變送器；②調速器控制柜；③工控機及人機界面；④后臺綜合診斷監測系統。整套系統采用分層分布式結構，各種傳感器安裝于被監測設備上，調速器控制柜負責數據采集，并進行一般數據處理、換算與報警，通過通信和工控機相接。工控機負責復雜數據處理、存儲，以IEC61850為標準、以統一信息平臺為基礎，實現水輪機組調速系統相關狀態數據的采集、特征計算、實時監測、故障錄波、性能試驗數據記錄，為后臺機組綜合在線診斷和狀態檢修輔助決策系統提供可靠數據源。調速系統狀態監測系統構成和原理如圖2所示。

圖2 調速器狀態監測系統構成

5 結束語

綜上所述，隨著科學技術的發展，電力對一個國家的發展的影響越來越大。水輪機是水電站的重要設備之一也是主要發電設備，水電站水輪機調速機不僅能夠控制水流速度而且能夠合理調節水輪機的轉速。水輪機調速器出現問題就會導致水輪機不能正常穩定運行，嚴重時可能導致水電站發生安全問題。因此水電站相關工作人員一定要重視水輪機調速器的調試與維護工作，并要注意提高自己的專業技術，這樣才能保證水電站的效用和功能最大化。

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