水輪機調速器的簡介與故障處理

【摘要】水輪機調速器是水電站發電機組的重要控制設備，完成水輪發電機組的開機、停機、增減負荷、緊急停機等任務。本文通過對水輪機調速器的簡介，調試標準，常見故障分析處理做了詳細的說明，對調速器的運行和檢修有一定的指導意義。

【關鍵詞】調速器；電液轉換；接力器抽動；故障處理

1、簡介

水輪發電機組把水能轉變為電能供生產、生活使用。用戶在用電過程中除要求供電安全可靠外，對電網電能質量也有十分嚴格的要求。按我國電力部門規定，電網的額定頻率為50Hz，大電網允許的頻率偏差為±0.2Hz。因此，不斷地調節水輪發電機組的輸出功率，維持機組的轉速在額定轉速（頻率）的規定范圍內，就是水輪機調速器的基本任務。

水輪機調速器是水電站發電機組的重要控制設備，他與計算機監控系統相配合，完成水輪發電機組的開停機、調負荷、緊急停機等任務。調速器還可以完成一次調頻、二次調頻、按水位調節等任務。

2、水輪機調速系統的標準

2.1.《水輪機調速器及油壓裝置型號編制方法》JB/T2832-2004

2.2.《水輪機調速器及油壓裝置試系列型譜》JB/T7072-2004；

2.3.IEC60308《水輪機調速系統試驗國際規程》；

2.4.IEC61362《水輪機控制系統規范導則》；

測至主接力器的轉速死區不超過：≤0.02%

水輪機甩25%負荷后，接力器不動時間不超過：<0.2s

靜特性曲線非線性度：≤0.5%

甩100%額定負荷后轉速波動超過3%的波動次數不超過2次，由調速器引起的機組轉速持續波動相對值不大于：±0.15%。

從機組甩負荷時起，導機組轉速相對偏差小于±1%為止的調節時間與從甩負荷開始至轉速升至最高轉速所經歷的時間的比值，對中、低水頭反擊式水輪機和沖擊式水輪機應不大于15；自動空載運行3分鐘，機組轉速相對擺動值不超過+0.15%。

3、常見故障分析及處理

3.1機組空載頻率擺動值過大

（1）如果手動空載頻率擺動值過大，例如：在0.5～1.0HZ，進一步選擇PID調節參數（bt、Td、Tn、或Kp、Ki、Kd）和調整接力器反應時間常數Ty，盡量減小機組自動空載頻率擺動值

（2）機組手動空載頻率擺動0.3-0.4Hz，調整PID調節參數bt、Td、Tn、或Kp、Ki、Kd無明顯效果，可能是隨動系統放大倍數偏小，死區補償不足。可考慮調整電液（機械）隨動系統放大系數，從而減小或加大接力器反應時間常數Ty。當調節過程中接力器出現頻率較高的抽動和過調時，應加大Ty值；若接力器動作遲緩，則應減小Ty值。

（3）機組頻率信號受到干擾，導致機頻無規則的擺動。常見的問題有：頻率線未用屏蔽線或屏蔽線接地不良，或一根頻率線懸空；頻率信號線與動力線近距離并行；

（4）接力器與導水機構間有過大的機械死區。這種情況下，調速器手動時機組頻率擺動可達0.2～0.3Hz甚至更大，自動時機組頻率擺動則大于或等于上述值，調節PID參數也無明顯效果，應停機檢查并處理。

3.2溜負荷（負荷緩慢下降）

（1）電液轉換部件卡在偏關側，機械閥組卡阻，導致機組負荷全部卸掉。

（2）綜合放大板開啟方向功率放大管損壞，造成調速器只能關，不能開。當系統頻率稍高時，調速器會不斷自行關小導葉，使機組卸掉部分負荷；對此情況，可以人為增減功率給定，檢查接力器開度能否隨之增大減少，就可做出判斷。

（3）導葉位移傳感器因定位螺釘松動，導致傳感器部分移位，致使輸出的反饋值大于實際導葉開度，此時，并網運行機組將自行卸掉部分負荷。

（4）因干擾或其他原因導致機頻的測頻出錯。若瞬時的干擾使調速器測得一個較高頻率，則調速器因頻率升高而關閉導葉，由于功給仍保持原值，導葉又會慢慢恢復到原有開度。

與溜負荷相對應的是自行增負荷故障，其原因與上述分析類似，但方向相反。

3.3接力器抽動

其故障原因可能有：

（1）位移傳感器松動或在某區域接觸不良，使得反饋信號時有時無，產生錯誤的反饋信號，引起接力器的抽動。

（2）隨動系統死區補償過大，使接力器在調節時出現過調，導致抽動。要減小電液（機械）隨動系統的放大系數。

（3）電液轉換部件卡阻。

3.4 甩負荷的不正常現象

（1）甩>75%額定負荷過程中的水壓上升值過大，按調保計算，加長接力器關閉時間值。

（2）甩>75%額定負荷過程中的機組轉速上升值過大，按調保計算，縮短接力器關閉時間。

（3）甩>75%額定負荷過程中的水壓上升和/或機組轉速上升值過大，按調保計算，調整兩段關機速度及拐點。

（4）甩>25%額定負荷時，導葉接力器的不動時間過長，檢查并減小機械液壓系統死區，加大Tn（加速度時間常數）或KD（微分系數）值

3.5水輪機微機調速器自檢發現的故障及處理原則

現代水輪機微機調速器，不論大型中小型都設置有故障自診斷功能，大型調速器一般設置的檢測項目多一些，靈敏度和準確率可能高一些，中小型水輪機微機調速器的設置的自檢項目數少，各調速器廠生產的產品還不盡相同，但一般設置了如下故障自診斷項目：

（1）機頻和網頻信號輸出突然消失或變化；

（2）導葉位置傳感器輸出突變或消失；

（3）水頭信號突變或消失；

（4）主配壓閥卡阻；

（5）電液隨動系統故障（包括電液轉換部件故障）；

（6）計算機主要模塊故障。

微機調速器檢測到以上故障后，均會自動做出處理，例如：自動轉入手動運行并發出故障報警信號。不論那種自檢出的故障，都會以有故障報警信號送到中控室或上位機，運行人員接到報警以后，無論調速器是否自動排除故障，運行人員都必須檢查故障是否排除，未能排除的故障應即時處理。

4、結語

水輪機調速器一個故障往往可由一種或兩種以上原因引起。有時呈現故障現象相同，但其原因卻不完全相同。所以，必須仔細認真，由外向內，縮小范圍，迅速、準確地查找出故障點，及時加以排除，方可確保機組正常運行。

參考文獻：

[1]水輪機組調節系統及原動機模型參數測試方案云南電力研究院2013年5月