水電機(jī)組調(diào)速器異常故障分析與處理

吳 威，趙利鋒

（華能瀾滄江水電股份有限公司景洪水電廠，云南 景洪666100）

某水電廠先后發(fā)生一起導(dǎo)葉接力器異常抽動(dòng)導(dǎo)致的事故低油壓保護(hù)動(dòng)作機(jī)組機(jī)械事故停機(jī)事件和一起機(jī)組自動(dòng)開機(jī)不成功事件，經(jīng)分析原因均為調(diào)速器液壓控制柜內(nèi)綜合控制模塊內(nèi)濾波電容故障。針對(duì)濾波電容故障，進(jìn)行了一系列的現(xiàn)場排查測(cè)試，最后對(duì)綜合控制模塊濾波電容回路進(jìn)行了抗干擾處理。

1 調(diào)速器系統(tǒng)配置

某水電廠調(diào)速器系統(tǒng)由電氣柜、液壓控制柜、電液轉(zhuǎn)換單元、主配壓閥組成，調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中電氣柜采用南瑞公司SAFR-2000H型微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要控制器為貝加萊公司PCC X20控制器；液壓控制柜采用南瑞公司ZFL-FC20000/D型，主要控制器為南瑞公司ZKM-Ⅱ綜合控制模塊；電液轉(zhuǎn)換單元采用BOSCH公司的比例伺服閥；主配壓閥采用GE公司FC20000型主配壓閥。

圖1 調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 調(diào)速器異常故障事件情況

2.1 事故低油壓保護(hù)動(dòng)作停機(jī)事件

2017年7月21日，2號(hào)機(jī)組自動(dòng)開機(jī)并網(wǎng)后，導(dǎo)葉接力器出現(xiàn)周期約1.4s、幅度約±1.5%導(dǎo)葉額定開度的來回異常抽動(dòng)，導(dǎo)致調(diào)速壓油系統(tǒng)回油超過全部2臺(tái)油泵注油量，調(diào)速壓油系統(tǒng)油壓快速下降，事故低油壓保護(hù)動(dòng)作機(jī)組機(jī)械事故停機(jī)。

在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下全面檢查各控制環(huán)節(jié)未發(fā)現(xiàn)異常后，手動(dòng)開機(jī)至空轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)速器功能對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)液壓控制柜內(nèi)綜合控制模塊1存在故障，更換故障模塊后，調(diào)速器恢復(fù)正常。

2.2 機(jī)組開機(jī)不成功事件

2017年9月1日，3號(hào)機(jī)組開機(jī)過程中，調(diào)速器在收到監(jiān)控開機(jī)令后，未能開啟導(dǎo)葉。經(jīng)機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下靜態(tài)檢查及調(diào)速器功能對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)液壓控制柜內(nèi)綜合控制模塊1存在故障，更換故障模塊后，調(diào)速器恢復(fù)正常。

3 調(diào)速器綜合控制模塊故障分析及排查

調(diào)速器液壓控制柜綜合控制模塊是銜接調(diào)速器電氣控制部分和機(jī)械液壓部分的重要環(huán)節(jié)。自動(dòng)條件下，該模塊將電氣控制輸出與主配反饋形成內(nèi)環(huán)串級(jí)控制，達(dá)到導(dǎo)葉控制的高精準(zhǔn)度和高穩(wěn)定性，綜合控制模塊控制模型如圖2所示。

圖2 自動(dòng)控制下綜合控制模塊控制框圖

3.1 調(diào)速器綜合控制模塊故障情況

針對(duì)2、3號(hào)機(jī)組更換下來的故障模塊，開展了一系列測(cè)試發(fā)現(xiàn)：

2號(hào)機(jī)組綜合控制模塊電氣柜到液壓控制柜的控制電壓通道上濾波電容C68損壞（見圖3所示），電容C68阻值為2.1kΩ，正常情況下其阻值應(yīng)為無窮大，R98阻值為100kΩ，與損壞的C68并聯(lián)，阻值變?yōu)?.0kΩ，回路中電阻阻值下降了近50倍，最終抬高了輸出電壓，導(dǎo)致信號(hào)輸出到功放的電壓不穩(wěn)定，引起伺服閥閥芯震蕩，導(dǎo)葉接力器往復(fù)運(yùn)行。

3號(hào)機(jī)組綜合控制模塊調(diào)速器主配壓閥反饋通道上濾波電容C73損壞（見圖3所示），電容C73阻值為8.9kΩ，輸入信號(hào)不穩(wěn)定，致使主配反饋放大倍數(shù)異常，造成導(dǎo)葉控制失靈。

圖3 綜合控制模塊內(nèi)部板件電氣原理圖

3.2 調(diào)速器綜合控制模塊故障原因排查

ZKM-II型綜合控制模塊為廠家成熟產(chǎn)品，在多個(gè)工程大量使用未出現(xiàn)該類型故障，針對(duì)同一個(gè)電廠兩套綜合模塊先后發(fā)生同一類型濾波電容損壞異常情況，除廠家進(jìn)行批次產(chǎn)品質(zhì)量問題排查外，結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行情況開展運(yùn)行環(huán)境、電源共地、電磁干擾3個(gè)方面檢查。

（1）運(yùn)行環(huán)境方面

現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境較為良好，不存在氣壓、粉塵等方面因素，影響綜合控制模塊工作性能可能因素為溫濕度。

檢查內(nèi)容：查閱近1個(gè)月運(yùn)行現(xiàn)場溫濕度記錄。

檢查結(jié)果：現(xiàn)場近1個(gè)月運(yùn)行環(huán)境溫度約30℃，濕度約70%。

檢查結(jié)論：現(xiàn)場運(yùn)行溫濕度沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（溫度不超過40℃，濕度不超過90%），可將其從綜合控制模塊電容故障原因中排除。

（2）電源共地方面

調(diào)速器電氣柜輸出的控制信號(hào)電源、綜合控制模塊電源、主配傳感器電源分別取自不同位置，電源地未連接。對(duì)于差動(dòng)式模擬輸入通道來講，電源地若沒有連接，可能會(huì)存在較大浮空電壓差，有可能造成控制元器件損壞。

檢查內(nèi)容：在2、3號(hào)機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下測(cè)量各電源對(duì)地電壓。

檢查結(jié)果：各信號(hào)之間對(duì)地電壓差不超過1V。

檢查結(jié)論：各信號(hào)電源共地因素影響不大，可將其從綜合控制模塊電容故障原因中排除。

（3）電磁干擾方面

考慮兩次故障均發(fā)生在機(jī)組開機(jī)階段，機(jī)組開停機(jī)前均要進(jìn)行投退鎖錠、制動(dòng)風(fēng)閘電磁閥等操作，DC220V電壓的電磁閥投切時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾電壓，干擾電壓可能通過電源線、輻射等對(duì)控制元器件造成影響。

檢查內(nèi)容：開展2、3號(hào)機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下調(diào)速器信號(hào)回路干擾檢測(cè)，在調(diào)速器綜合控制模塊電氣柜到液壓控制柜的控制電壓通道、主配壓閥反饋通道接入示波器，分別多次投退鎖錠、制動(dòng)風(fēng)閘電磁閥，捕捉記錄各信號(hào)節(jié)點(diǎn)電壓波形。

檢查結(jié)果：每次操作電磁閥失電，均會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓，峰峰值從9V到23V不等。

檢查結(jié)論：現(xiàn)場檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)高于電容承受耐壓（63V）的浪涌電壓信號(hào)，但由于測(cè)試對(duì)象和頻次有限，且浪涌電壓具有一定隨機(jī)性，不能排除綜合模塊電容損壞與現(xiàn)場浪涌電壓的相關(guān)性。

4 整改措施

結(jié)合廠家對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的排查和現(xiàn)場檢測(cè)情況，確定電容產(chǎn)品質(zhì)量和現(xiàn)場電磁干擾為主要故障，對(duì)應(yīng)采取如下整改措施：

（1）考慮到兩起事件故障模塊為同一產(chǎn)品批次，且損壞元件均為0.33μ獨(dú)石電容，不排除批次產(chǎn)品的質(zhì)量問題，故將該批次的綜合控制模塊全部進(jìn)行返廠檢測(cè)并調(diào)換為新批次模塊。

（2）為提高綜合控制模塊的抗干擾能力，在各信號(hào)通道配置抗浪涌保護(hù)器TVS以保護(hù)綜合控制模塊模擬量輸入回路。

目前電廠已將綜合控制模塊進(jìn)行了全部更換，并將所有綜合控制模塊增加抗浪涌保護(hù)器。截止發(fā)稿日，未出現(xiàn)故障。

5 結(jié)論

水電廠電磁環(huán)境復(fù)雜，在設(shè)備選型階段要綜合考慮設(shè)備的抗干擾能力和設(shè)備運(yùn)行過程中輸出干擾信號(hào)的大小，避免不同設(shè)備之間的互相干擾，保證設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。本案例中加裝抗浪涌保護(hù)器TVS的技術(shù)整改措施可作為電氣控制設(shè)備提高信號(hào)抗干擾能力的措施之一。