淺析導水機構安裝間隙過大對一次調頻的影響

蔣三斌 郭安奎 唐炯

摘 要： 根據春廠壩水電站機組及調速器工作原理以及華中電網對一次調頻性能的各方面要求，針對并網一次調頻試驗過程中出現的不合格現象，提出解決方案及處理措施。

關鍵詞： 調速器；一次調頻；機械死區

中圖分類號：TK730.41 文獻標識碼：B

1設備概述

春堂壩電站位于四川省小金縣境內的沃日河上，電站采用引水式開發，安裝3臺立式混流機組，單機容量18MW，總裝機容量54MW。調速器選用武漢長控高油壓微機調速器（型號：GVT-7600-16），調速器并網時采用開度模式受南自監控系統有功閉環控制，而當一次調頻動作時會自動閉鎖南自監控系統有功閉環，同時調速器控制PID自動由并網PID變為一次調頻PID，其開度反饋信號是由安裝在接力器上磁致伸縮式位移傳感器反饋，功率反饋信號是由安裝在調速器電柜內功率變送器反饋的機組出口功率，水輪機導葉傳動機構采用調速器動作經接力器動作控制環，由聯系控制環與導葉的雙頭連桿帶動導葉動作。

2機組一次調頻過程

機組調速器試驗由四川中鼎科技有限公司進行，試驗設備采用“TG2000 系列水輪機調速器測試系統”。在進行機組一次調頻試驗前，進行了調速器靜態特性、空載擺動、空載擾動等相關試驗，試驗結果調速系統轉速死區ix為0.03%，空載擺動頻率波動范圍在±0.08HZ以內，空載擾動波形到位迅速、穩定。

根據調速器帶負荷前的相關試驗，機組進行一次調頻設置PID參數為：KP=5、Ki =8、Kd=0，bp=4%，開度限幅6%，人工死區±0.035HZ（華中電網水電機組一次調頻人工死區控制在±0.05Hz范圍內，開度限幅不超過10%），進行模擬頻率擾動時（如圖），在50HZ頻率（紅線）基礎上增加0.1HZ后，開度信號（藍線）與功率信號（綠線）相應降低，當撤去擾動信號，頻率重新回到50HZ后，開度信號基本返回原位置，但功率信號卻沒有返回原位置。

從機組負荷變化情況可看出，調速器能正確響應而機組負荷未能發生相應變化，說明機組調速系統包括接力器動作正常，而實際導葉開度未能發生相應變化，初步判定機組導水機構間存在一定的機械死區。

3原因分析

結合一次調頻試驗情況，試驗人員、設備廠家、電廠人員組成檢查組認真分析認為可能存在以下幾點原因：1.試驗接線是否正確，采集數據是否真實；2.機組出口PT/CT、系統PT一次/二次接線是否正確、牢固，是否有存在干擾；3.各類傳感器（如功率變送器、接力器位移傳感器）等是否工作正常；4.機組導葉開度是否在接力器動作后真實響應。

針對以上分析原因，檢查組首先對試驗設備、試驗接線、測量回路、各類傳感器等進行了仔細的檢查核對，均未發現問題。初步懷疑是存在開度死區。

為確認該疑問，檢查組在兩只接力器臂末端設置兩只百分表，在水車室分四個方向選取4只對稱導葉，分別在導葉軸頸處設置四只百分表，操作調速器開/關導葉相同開度，對導葉實際響應進行核對檢查。通過試驗初步認定，接力器存在一定死區，而導葉存在較大死區。

檢查組認為死區存在的原因，應該是加工件的制造精度不足，導致導水機構各部連接處存在較大空腔間隙，為確認導水機構實際安裝間隙，由主機廠家派專人對導水機構進行了拆卸復測，重點測量了接力器底座與接力器聯接銷孔配合間隙、接力器桿與控制環聯接銷孔配合間隙、雙頭連桿分別與導葉及控制環聯接銷孔配合間隙，導葉拐臂與導葉軸頸定位精度與強度。經復測確認接力器底座與接力器聯接銷孔配合間隙為左0.09mm，右0.11mm（ 設計為：Φ65 H8/e7）； 接力器桿與控制環聯接銷孔配合間隙為左0.05mm，右為0.04mm（設計為：Φ65 H8/e7）；20只雙頭聯桿分別與控制環及導葉聯接銷孔配合間隙均在0.05～0.09mm之間（設計兩端配合均為：Φ30 H7/m6）；導葉拐臂與導葉軸頸定位精度較好，導葉鍵打緊滿足要求。由于整個導水機構傳動系統實際安裝間隙大大超過了設計間隙使整個導水系統形成了固有的機械傳動死區。

4處理結果

由主機廠家將導水機構不合格零部件返廠嚴格按設計要求重新制造，運抵現場嚴格按標準要求重新安裝。再次做一次調頻試驗，頻率下擾動0.1HZ，持續一段時間后回到50HZ，開度與功率都能正確響應，并且回到初始值，機械死區有明顯好轉，已達到一次調頻合格的要求。

5結論

機組出現一次調頻試驗不達標情況，應全面分析各類原因并逐一排查，為確保機組安全運行，順利通過各類并網試驗提出如下愚見：1.機組各類傳感器采購到位后應進行精度測試確保采集數據真實可靠；2.設備接線應嚴格按各類規程、規范要求防止信號干擾；3.試驗設備應定期檢測，試驗接線應正確牢固，防止信號干擾；4.加強機組部件制造精度檢查，充分發揮駐廠監造人員的能動性，不合格不出廠；5.設備部件到貨后應嚴格按制造設計進行到貨驗收，做到早發現早處理；6.安裝過程中應嚴格“三檢”制，不能走過場，增加返工量；7.加強機組采購設計、制造監造、到貨驗收、安裝驗收過程中的管控，設立獎懲辦法，把問題消滅在上一個工序。

作者簡介：蔣三斌（1979-），四川簡陽人，工程師，長期從事水電站機組安裝、維護及安全管理工作。

唐炯（1988-），四川邛崍人，助理工程師，長期從事水電站輔助設備運行維護工作。

郭安奎（1986-），甘肅靈臺，助理工程師，從事水電站運行維護管理及企業標準化管理工作。