調(diào)速器主接跟隨故障診斷及處理方法應用

涂 勇，陸勁松，陳自然

（中國長江電力股份有限公司向家壩電廠，四川 宜賓644612）

0 引言

某巨型電站是首個金沙江“西電東送”骨干電源點，是國調(diào)直調(diào)電站，電能主要通過特高壓直流送至華東，其安全穩(wěn)定運行對電網(wǎng)至關(guān)重要，如何保障巨型機組安全穩(wěn)定運行是一個值得關(guān)注和研究的課題。該電站水輪機調(diào)速器系統(tǒng)采用獨立的雙控制器冗余控制結(jié)構(gòu)[1]，結(jié)合快速準確的故障診斷與處理機制，具備在故障狀態(tài)下自動切換控制通道，切換至純機械手動控制方式運行等功能，很好的滿足了機組安全穩(wěn)定運行的要求，其中主接跟隨故障診斷與處理是該調(diào)速器的特點之一。

1 調(diào)速器主接跟隨故障判據(jù)

調(diào)速器主接跟隨故障的設計思想是當機組發(fā)生主接傳感器、主配位置傳感器故障或其他故障，導致機組導葉已經(jīng)不能按照控制器要求正常動作時，調(diào)速器能夠快速準確做出判斷，并進行相應處理。

調(diào)速器主接跟隨故障在機組調(diào)速器控制軟件中定義為嚴重故障，若出現(xiàn)該故障，說明該套控制器及其控制通道已經(jīng)無法正常的控制機組安全穩(wěn)定運行，必須切換至備用控制通道或者純機械手動控制方式運行，否則機組就有可能發(fā)生負荷調(diào)節(jié)過慢、大幅波動情況，嚴重甚至引發(fā)逆功率事故停機的風險。由此可見，及時準確地判斷出主接跟隨故障是非常重要的，它是機組能夠?qū)收线M行快速正確有效處理，防止電力事故發(fā)生和擴大的前提，既不能漏報也不能誤報，這對主接跟隨故障的檢測環(huán)節(jié)提出了很高的要求。

該電站調(diào)速器控制程序中，對主接跟隨故障的判據(jù)定義為：導葉開度反饋值與PID計算值差值大于3%、接力器運動速度小于2%/s且持續(xù)3 s以上。具體判斷流程如圖1所示。

圖1 主接跟隨故障判斷流程圖

2 調(diào)速器主接跟隨故障事件概況

2013年3～4月間，該電站7號機組在減負荷停機過程中，多次發(fā)生調(diào)速器雙套主接跟隨故障，調(diào)速器先后切換至備用控制器和純機械手動控制方式運行。圖2為某次故障發(fā)生時，機組導葉關(guān)閉過程和主配動作過程錄波曲線（其中：①為PID開度；②為導葉開度；③為主配給定；④為主配位置）。

圖2 故障時導葉關(guān)閉和主配動作錄波曲線圖

根據(jù)發(fā)生故障時的導葉關(guān)閉過程錄波曲線可計算出，在調(diào)速器報主接跟隨故障前，導葉的關(guān)閉速度為0.89%/s，開度給定和導葉實際開度差值大于3%，且持續(xù)時間為3 s以上。

由此可見，滿足調(diào)速器主接跟隨故障判據(jù)條件，調(diào)速器報雙套主接跟隨故障判斷準確。導葉關(guān)閉速度過慢是導致調(diào)速器主接跟隨故障發(fā)生的原因。

3 調(diào)速器主接跟隨故障原因分析

結(jié)合調(diào)速器液壓系統(tǒng)分析，可能導致導葉關(guān)閉速度過慢的原因有：

（1）主配卡澀導致開口過小，接力器配油速度過慢；

（2）3段關(guān)閉閥回油口過小，接力器回油速度過慢；

（3）接力器關(guān)閉水擊阻力過大或操作力過小，關(guān)閉速度無法達到要求。

機組調(diào)速器主接跟隨故障發(fā)生后，設備維護人員連續(xù)跟蹤故障機組運行狀態(tài)，對停機過程中導葉開度給定、導葉實際開度、主配位置給定和主配實際位置等參數(shù)通過錄波進行了跟蹤監(jiān)視。

解決問題：如圖10，已知在平面直角坐標系xOy中，直線交y軸于點A，點A關(guān)于x軸的對稱點為點B，過點B作直線l平行于x軸.若動點C(x，y)滿足到直線l的距離等于線段CA的長度，求動點C軌跡的函數(shù)表達式.

根據(jù)運行監(jiān)視情況，在相同水頭及工況下，同套控制通道下的同臺機組，在減負荷停機過程中，出現(xiàn)了正常和發(fā)生主接跟隨故障兩種情況，由此可以首先排除可能原因（3）。若故障原因為接力器關(guān)閉水擊阻力過大或操作力過小，關(guān)閉速度無法達到要求這種情況，則機組減負荷停機過程必然發(fā)生主接跟隨故障，而不是偶爾發(fā)生。

此后，設備維護人員進一步對比分析了故障機組在正常調(diào)節(jié)和發(fā)生故障情況下，導葉關(guān)閉和主配動作過程情況。

圖3為機組正常停機時，機組導葉關(guān)閉過程和主配動作過程錄波曲線（其中：①為PID開度；②為導葉開度；③為主配給定；④為主配位置）。

圖3 正常時導葉關(guān)閉和主配動作錄波曲線圖

根據(jù)正常調(diào)節(jié)時的導葉關(guān)閉過程錄波曲線可計算出，主配位置跟蹤到位動作時間為0.37 s；在主配開口在-1 146～-856之間時，導葉的關(guān)閉速度為1.98%/s。

而根據(jù)發(fā)生故障時的導葉關(guān)閉過程錄波曲線可計算出，主配位置跟蹤到位動作時間為0.41 s；在主配開口為-1 413～-1 786之間時，導葉的關(guān)閉速度為0.89%/s。

比較分析后發(fā)現(xiàn)：

（1）故障發(fā)生時，主配壓閥閥芯位置跟隨調(diào)速器主配位置給定信號過程正常，主配壓閥未出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象；

由此可排除故障原因為主配開口過小，接力器配油速度過慢這種情況，初步判斷故障原因可能為三段關(guān)閉閥回油口過小，接力器回油速度過慢。

該電站機組停機過程采用3段關(guān)閉規(guī)律，故障機組在正常情況下的3段關(guān)閉曲線如圖4所示。

由圖4可知，機組3段關(guān)閉第1段拐點為導葉開度60%左右，而機組在停機減負荷過程中，多次報主接跟隨故障時間所對應的機組導葉開度都在第1段拐點以下附近位置，由此進一步判斷為機組停機減負荷過程中在接力器行程進入第2段關(guān)閉點后因接力器開腔回油不暢造成。根據(jù)機組的運行計劃，進一步安排停機檢修期間進行相關(guān)檢查、處理和試驗。

圖4 機組3段關(guān)閉曲線圖

4 調(diào)速器主接跟隨故障處理

4.1 處理前導葉關(guān)閉試驗

處理前具體導葉關(guān)閉試驗記錄見表1。

表1 處理前導葉關(guān)閉試驗記錄表

4.2 分段關(guān)閉閥處理

分段關(guān)閉閥結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 機組3段關(guān)閉閥結(jié)構(gòu)圖

處理步驟如下：

（1）用深度尺測量分段關(guān)閉閥2段插裝閥上限位螺桿露出閥體部分的高度，做好記錄。

（2）旋開2段閥下部控制油堵絲進行排油，松開上限位桿背帽，順時針旋緊上限位螺桿，對2段插裝閥進行限位。

（3）再次用深度尺測量上限位螺桿露出閥體部分的高度，做好記錄。

（4）對比2次高度差計算旋入深度。經(jīng)過計算，限位桿向下旋入3.3 mm。

4.3 處理后導葉關(guān)閉試驗

處理后具體導葉關(guān)閉試驗記錄見表2。

表2 處理后導葉關(guān)閉試驗記錄表

4.4 試驗數(shù)據(jù)分析

由處理前的試驗數(shù)據(jù)可以看出：當導葉開度大小處于3段關(guān)閉曲線第1個拐點（導葉開度58.66%）以上時，保持的時間越長，第2段關(guān)閉耗時也越長。經(jīng)過旋緊2段插裝閥閥芯上限位桿處理后，導葉2段關(guān)閉用時從16.73 s減小至10.9 s，恢復到正常水平。該現(xiàn)象說明：分段關(guān)閉閥2段插裝閥在無壓靜置時，由于閥芯下部彈簧頂托作用，并伴隨油液從閥芯與閥座間隙滲入到閥芯下部，2段插裝閥閥芯被抬高，從而引起導葉進入2段關(guān)閉后，主接開腔回油被2段插裝閥過度節(jié)流，這是導葉關(guān)閉速度過慢的原因。2段插裝閥芯靜置時間越長，滲油越充分，閥芯節(jié)流效果越顯著，第2段關(guān)閉時間也會越長。

5 結(jié)語

通過大量試驗和數(shù)據(jù)分析確定，該電站機組在停機減負荷過程中報主接跟隨故障原因為：停機過程導葉進入第2段關(guān)閉后，接力器開腔回油被分段關(guān)閉閥2段插裝閥過度節(jié)流，導致導葉關(guān)閉速度過慢。經(jīng)過旋緊2段插裝閥閥芯上限位桿處理后，故障現(xiàn)象已消除，機組運行狀態(tài)正常。

實踐證明，該電站機組調(diào)速器控制程序中主接跟隨故障判據(jù)設計合理有效，調(diào)速器能夠快速準確判斷機組是否發(fā)生了主接跟隨故障，并及時采取正確的故障處理措施，能夠有效防止電力事故的發(fā)生和擴大，保障發(fā)電機組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。