水輪機調速系統應用與故障維修探究

查超凡

摘要：隨著近些年水電行業的不斷發展，水利設施設備也在不斷推陳出新，直接關系到水利工程的穩定運行。水輪機是水電行業的關鍵控制設備，關系到整個機組的發電過程，因此對水輪機調速系統的應用研究非常重要，本文在水輪機調速系統應用和基本結構分析的基礎上，對水輪機常見故障和維修進行深入分析和探討。

關鍵詞：水輪機；調速系統；故障

前言

喜河水電站位于石泉縣境內（距石泉縣城公路里程46Km），裝機3×60MW，多年平均發電量4.922億kw.h，電站水庫正常蓄水位362m，死水位360m，汛期限制水位357m，水庫總庫容2.29億m3，調節庫容0.22億m3。喜河水電站為二等工程，工程規模為大（2）型，水輪機為軸流轉漿式，型號為ZZD394—LH—580，最大水頭32.5m，設計水頭25m，最小水頭13m，設計流量269.32m3/s，設計出力61.5MW。水輪機在工作過程中不可避免的會出現一些故障和問題，應結合水輪機故障的表現判斷產生的原因，從而提出具體的故障維修方法。

1水輪機調速系統的基本結構和應用

水輪機調速系統是水電系統中最重要的結構之一，主要有控制部件和執行部件兩部分組成，控制對象有水輪機、水輪機引水系統和發電機負載[1]。水輪機調速系統屬于閉環系統，由水輪機控制設備和被控制系統組成，其主要的作用就是承擔開機停機、實際轉速調整和負載分配的功能，同時在發生故障時可以自動停機或手動停機。水輪機調速系統的發展和應用基本可以分為純機械液壓調速器、集成電路電液調速器、可編程電液調速器和工控機這幾個階段，也體現了我國調速器發展的和應用的過程。目前，水輪機調速器的品種比較多，國內外市場供應商也比較多，這為我國水電行業發展提供了更多的選擇，需要結合具體的水電項目進行設計和應用，以提升水輪機調速系統的安全性和穩定性，減少事故的發生。

2水輪機調速系統故障表現和故障維修

水輪機在運行過程中容易出現各類故障影響水輪機的正常運行，需要對故障表現和原因進行具體的排查，從而找出和制定維修檢修策略

2.1電液轉換器故障。

水輪機調速系統工作中，電液轉換器能否正常運轉直接關系到水輪機的政策運轉和運行安全，因此需要做好問題排查并制定解決措施。水輪機調速系統中電液轉化器的故障主要是有異常響動和隨動系數沒有按照指令進行響應，導致控制命令失敗[2]。產生異常響動的原因主要是因為電液轉換器在長時間不間斷的工作中，容易出現異物卡阻的現象，有的是因為油質不干凈造成的；而隨動系數沒有按照命令進行變化則可能是因為轉換器異常造成的，有的是隨動系數發生變化但沒有顯示在面板上情況也比較常見，此外隨動系數沒有變化還有可能是工作回路出現問題，主控單元發生故障。

電液轉換器發生故障應根據故障原因進行分析，主義進行排查。對發生異常響動的情況，應做好油質清掃工作，同時對異物進行清掃。對隨動系數故障問題，應先將系統停機，然后進行檢修工作，在檢修時排查是工作回路問題還是主控單元問題，排查問題后檢查活塞情況，并進行清掃工作。

2.2油壓下降故障

水輪機工作過程中，油壓下降故障產生的主要原因比較多，需要認真做好排查工作。油壓下降應首先判斷自動泵是否處于空轉狀態，如果處于空轉狀態則說明油壓下降的主要原因是卸荷閥因外力原因未被放下，如果自動泵是正常運行狀態，不存在空轉狀態，而安全閥開啟，則說明是安全閥異常，可能存在出口閥誤關問題。此外，電動機開關被放切，泵機沒有放置在自動位置上也都是油壓下降的主要原因。油壓下降故障發生后，其主要的表現為水輪機調節系統故障燈亮起，自動泵處于停止狀態或系統語音報警等現象[3]。

油壓下降出現后，應及時對問題進行排查并進行故障維修。首先，應對油壓下降原因進行判定，如果是因為電源開關分閘的原因，應立即安排人員處理，將電源開關分閘合上即可排除，油壓下降的報警和故障提示燈熄滅。其次，如果是自動泵的問題，應立刻停止自動泵，啟動備用泵，確保系統運行穩定和油壓穩定，然后對自動泵開展檢修，及時排查問題。最后，如果油泵工作狀態未發生變化，但油壓不斷降低，在常規操作處理后油壓降低速度沒有變化甚至下降速度過快，應立即將系統切換為手段進行觀察，如油壓依然下降則應關閉主閥，對設備進行檢修，找出油壓下降的問題。排除油壓下降問題以后，將閥門重新開啟，監測系統是否正常運行，油壓情況是否穩定。此外，油壓下降故障還有可能是因為系統振蕩產生的，這種油壓下降可以先將系統從自動切換為手動，待系統運行穩定后在切換為自動，即可消除油壓下降的情況。

2.3事故低油壓

事故低油壓在水輪機調速系統工作中也比較常見，其主要原因是漏氣和跑油造成的，表現為油壓減少到標準值以下，不足4.3Mpa，導葉均關閉，泵機無電源，同時存在自動泵和備用泵在停狀態，出口斷路器跳閘，進水口球閥關閉[4]。事故低油壓情況發生后很容易出現安全生產事故，因此在發生低油壓后應做好事故的分析并進行處理。

事故低油壓發生后應先進行停機，停機后進行檢修和故障的排查，必要時需要關閉閥門，確保導葉關閉。如果只是電源和開關異常，其他故障情況沒有則只需要處理電源和開關即可，如果是油泵故障，則需要及時排查和檢修，確保油泵檢修后可以正常使用，如果是事故停機，則需要綜合手動和自動，做好監視工作，確保所有自動器具實際行動均符合標準。事故低油壓產生后應根據事故發生的原因進行整改，首先，要檢查是否存在漏氣的現象，特別是黨壓油罐補氣頻繁時，需要特別注意。其次要進一步完善程序，確保油壓下降過程中模擬量控制有效，無錯誤情況，同時將模擬量控制納入到報警系統當中，加強監測的工作。最后要加強相關人員的培訓，對監盤人員加強對報警信息的敏感認知，提高其安全意識。

2.4壓油泵啟動頻繁

壓油泵頻發啟動的現象主要是壓油裝置油壓下降比較快，油泵啟動頻發，即使是停機也依然存在問題，而且伴有油面上升的情況。壓油泵頻繁啟動的危害性比較大，加大了工作人員的工作量，為了保持的正常的油氣比，需要進行多次的補氣，一旦出現工作班組忘記補氣或補氣不及時，容易因為油面升高，集油槽油位降低的情況，容易出現停機事故，而且頻繁補氣容易導致壓力油罐水分增多，影響調速器的使用狀態和質量，同時導致相關的零件和設備產生損耗，油質變質，影響安全運行。壓油泵頻發啟動主要是系統漏油或漏氣導致，因此應做好具體的檢修工作。首先系統應從自動狀態轉為手段狀態，通過這種方式減少用油量，停機后進行故障的檢修，在檢修過程中對所有的實際接觸進行檢查，對存在的虛接進行處理，同時更換繼電器，確保繼電器工作狀態正常。同時要檢查排氣閥，檢查其是否漏氣，要確保關閉嚴密性，同時對應頻繁啟動造成的油面高度上升進行調節，使其處于正常狀態。

總結：

水輪機調速系統應用和故障檢修的內容比較多，除文章中涉及到的故障以外，還有調速器抽動等故障情況，因此在實際工作過程中應做好內部員工的培訓，對故障表現和故障原因進行培訓，嚴格按照水輪機操作規范執行，對水輪機的相關參數熟悉，只有這樣才能在發生事故故障是排除事故原因并制定故障解決的方法，提升系統工作的穩定性，最大限度的降低人為因素造成的影響。

參考文獻

[1]楊德文.水輪機調速系統的應用及其故障維修研究[J].決策探索（中），2018（12）

[2]任尚潔；劉思靚.大型軸流轉槳式水輪機槳葉操作機構有限元聯合分析[J].華電技術，2019（01）

[3]岳雷；薛安成；李志強；孟洪民；嚴劍峰.水輪發電機調速系統對超低頻振蕩的影響及模型適用性分析[J].中國電機工程學報，2019（01）

[4]李永紅；郭旭東；溫佩佩；盧彬；徐桅.張河灣抽水蓄能機組氣蝕現狀與防治措施 [J]，水電站機電技術，2018（12）

（作者單位：陜西漢江投資開發有限公司喜河水力發電廠）