水電站調速器常見故障及其維修檢修處理方法

萬雅男

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 伊寧 835000)

水力發電是最為環保的發電方式，因此得到國家的普遍重視，裝機容量越來越大。我國的水電裝機容量已經達到數億千瓦，并且這個數字還在上漲階段。水力發電不僅對環境不會造成破壞，還可以節省大量的能源，在所有發電模式中，水力發電是非常重要的模式之一，對環境污染的可能性幾乎為零，可以被一直沿用。水電發電裝置中的主要組成部件就是調速器，可以按需調節發電機的運行速度，讓系統頻率可以保持在指定區間。調速器出現故障是不可避免的，發生故障之后必將影響系統頻率的穩定性，發電機組無法繼續聯網，所造成的影響非常大，因此需要就調速器可能出現的故障研究出具體的處理辦法，制定出應急預案，調速器一旦發生故障可以在第一時間完成維修工作。

1 調速器存在的意義

1)可以調節沖擊式和轉漿式水輪同時運轉產生的排斥反應。

2)調節器可以幫助水輪發電機組分配到適當的負荷，在節省成本的同時，發電機組還可以正常運行。

3)水輪發電機組在啟動時，調節器可以幫助其加快速度，應對不同的負荷，不會影響發電機組的正常運行。

4)幫助水輪發電機可以持續保持正常運轉速度，幫助水電站發電機組不受功率影響可以持續運行。

2 水輪發電機組應用調速器的具體原理

通常情況下，水輪發電機由于能夠產生更大的發電量會被大電網準入。電力系統的負荷并不固定，發電機組并網之后其發電能力要隨時根據電網負荷做出調整，系統可以在正常功率內正常運行，并且系統頻率可以保持穩定。如果功率平衡等級時，可以調節系統頻率解決這一問題。電力系統以此調頻需要借助調速器來完成，水電機組離不開調速器，火電機組也是如此。

3 調速器常見故障、原因分析以及處理方法

3.1 開機后出現的常見故障、原因分析以及處理方法

3.1.1 開機后發電機組網頻頻率低

調速器出現故障的具體表現：諸多因素導致發電機組產生的網頻頻率與預期值產生有一定差距，各個發電機組無法并網，對預設的發電要求無法完成。

出現這種故障的主要原因：調速器運行參數設置出現問題就會出現這些故障，在水位高度不足的情況下，水頭的實際值和設置值出現偏差，機組轉速達標之后，導葉必將達到一定開度，完成機組對電網頻率的追蹤就可以解決這一問題。

故障維修處理方法：調速器如果出現這種故障可以在調速器的觸摸屏上對開度值進行限制設置，基本上就解決了這種類型的故障。

3.1.2 開機后調速器顯示器功能異常

調速器出現故障的具體表現：發動機運行未受到影響，調速器的顯示器不能正常顯示。

出現這種故障的主要原因：說明機頻信號出現異常。

故障維修處理方法：認真檢查機組的信號傳遞是否正常，可能是線路中斷影響了信號傳遞，找到原因之后要在第一時間處理。

3.1.3 開機后機組轉速不穩定

調速器出現故障的具體表現：發電機組轉速不穩定，機組頻率未受到影響，或者在一定區間內變化明顯，導致發電機組無法并網。

出現這種故障的主要原因：這種故障的主要誘因是電源模塊與之前相比產生差異，電源模塊經過轉換之后電壓變為+5伏或者+24伏，這樣在電源穩定轉換受阻的情況下，調速器的顯示屏邊無法正常工作，或者是調速器的某些部件無法完成傳動導葉的正常運作，調速器的運轉同樣會受阻，在這種情況下導葉開度無法配合調速器接力器的工作，對其接收的命令無法第一時間完成，增加了其命令負荷，機組參數在某區間內不停在浮動，機組運動作業受阻。

故障維修處理方法：檢測電源模塊在轉換之后的電壓數值，正常為+5伏，未達到這個數值需要及時更換電源模塊，更換完成之后重啟機組，保持電機組清潔，對穩定電機組的運轉速度有幫助。

3.2 發電機組運行時導致負荷不穩定的原因及處理方法

3.2.1 發電機組運行零負荷

調速器出現故障的具體表現：發電機組出現異常，負荷值表現為零，機組無荷載，輸出功率與開度存在偏差。

出現這種故障的主要原因：導致出現這種故障的關鍵是在操作機組斷路器時出現失誤，也可能時其他原因造成的。

故障維修處理方法：操作斷路器時要采取正確的方法。對可能導致故障發生的其他因素逐一排查。

3.2.2 發電機組運行負荷過大

調速器出現故障的具體表現：發電機組運行負荷過大，導致跳閘。

出現這種故障的主要原因：發動機組在運行時承擔的負荷過大，調速器也會如此；并網后的機組對導葉開度的限制值會被調速器放到最大化，機組頻率會出現不穩定現象，調速器導葉開度穩定的情況下，電流量會迅速增大，便會導致跳閘。

故障維修處理方法：發電機組運行操作人員的具體操作辦法可以處理這一故障，負荷超出限制值時，機組操作人員可以在許可范圍內加大額定值，可以有效控制事故進一步發生。穩定之后在第一時間與生產商取得聯系，獲取調試器程序更改辦法，要迅速解決故障才能讓事故發生在可控范圍內。之后可以安裝超負荷報警系統，一旦出現問題可以及時做出處理，避免不必要的損失。

3.3 電氣故障出現的原因及處理方法

3.3.1 開機前光字牌位置偏移

調速器出現故障的具體表現：開機前一段時間，光字牌位置出現偏移，脫離了調節器的控制。

出現這種故障的主要原因：發生這種故障與調速器本身有很大關聯，主要是因為馬達無法正常工作，可能是發電機在運行過程中震動導致馬達螺絲松動并掉落。這是調速器長期被震動導致的。

故障維修處理方法：檢查調速器馬達的固定螺絲是否脫落，固定好脫落的螺絲之后可以檢查其他螺絲是否出現松動脫落跡象，并一起處理。螺絲擰緊之后依然無法保證固定性，可以采用其他方法，比如膠水等可以幫助螺絲固定，也可以換其他可以固定的螺絲。

3.3.2 柴油機運行出現故障

調速器出現故障的具體表現：在所有運行參數均未發生任何異常的情況下，柴油機無法正常運轉，調速器對其也失去作用。

出現這種故障的主要原因：發生這種故障還是調速器出現了問題，其電氣高速限位止動螺絲錯開了原有位置導致該故障的發生。

故障維修處理方法：將電氣高速限位制動螺絲移到正確的位置上，保證柴油機無論是空載還是滿載狀態都可以正常運行。

4 案例簡析

此次的案例分析選取了IEEE 14節點系統，根據該系統完成水輪機調速器的故障分析。IEEE 14節點系統的構造細節如圖1所示。

圖1 IEEE 14節點系統

電力變壓器和發電機組是構成IEEE 14節點系統的主要電氣設備，數量分別為3臺和5臺，這5臺發電機組包括三臺水電機組和兩臺火電機組，水電機組分別為1、4和8節點，系統負荷總量為260兆瓦。IEEE 14節點系統有關于變壓器和線路的參數標準。不同狀態的機組調速器所產生的故障做出分析如表1所示。

表1 調速器的故障狀態

如表1所示，假設系統負荷總量的十分之一便是功率缺額，假設調速器運轉速度降低時，發電機組的功率缺額為系統負荷總量的二十分之一，那么調速器在運轉速度升高時，其發電機組功率缺額在系統負荷總量的占比與運轉速度降低時一致；功率缺額為正或者負，調速器均無法正常運轉。針對調速器產生的不同故障表現出的狀態，做出以下分析如表2所示。

表2 系統頻率表

從表2中我們可以看出，系統功率缺額為正數時，系統頻率偏低，主要原因是系統負荷超出了發電機組運行的載荷。系統功率缺額為負數時，系統頻率偏高。調速器作為水輪發電機組的重要組成部件，可以維護水輪發電機組的正常運轉，因此要重視調試器的日常維修和養護工作，保證其可以高效運轉，為水輪發電機的安全運轉提供保障，為水力發電工作保駕護航。

5 結束語

水電站發電機組離不開調速器的作用發揮，它并不是發電機組主體結構，其功能和作用卻是無可替代的。調速器的正常運行時保證發電機組安全正常運行的基礎，必須做出日常檢修和保養工作，一旦出現故障要在第一時間處理，可以有效控制事故的進一步擴大，產生不必要的損失，讓水力發電機組可以高效安全運行，真正實現水力發電無污染、綠色節能的特點。就水電站調試器可能出現的故障給出問題產生的原因及其解決辦法，并結合IEEE 14節點系統，通過案例分析法對所提出的故障處理方法做出研究分析。最終結果發現，有效的處理調速器故障，可以降低許多不必要的經濟損失，對水力發電企業而言是提高企業效益的有效辦法。