水電站水輪機調速器的調試與維護

劉 洋

（國電電力和禹水電開發公司）

0 引言

水輪機的調速器作為調節水輪機組運行速度核心設備，其功能及運行狀態的可靠性直接對水輪機的運行產生影響，進而對水電站安全、穩定發電產生影響。研究水電站水輪機組調速器的調試與維護對規范技術人員操作和提升調速器操作的精準度有著重要的意義。

1 水輪機調速器及功能

1.1 構成

水電站水輪機調速器分為兩部分，即電氣結構和機械部分結構。電氣結構主要由可編程控制器和智能顯示單元構成，具有多個人機接口。智能顯示單元能夠直觀地監測調速器系統對水輪機組的調速及相關參數，可編程控制器直接作為調試的通道。機械結構由電氣反饋裝置、步進式電機、位移傳感器等構成。水輪機調速器通過調速改變水輪機組的出力，使水輪機組適應外界的負荷變化，確保機組的轉速保持在允許的范圍內。隨著機組負荷的變化，水輪機組的導葉開度發生變化，通過開度調節流量，使機組轉速恢復并保持在額定值內或預定值內，這個過程就成為水輪機的調節，即調速器的任務。簡言之，調速器就是負責調節水輪機的轉速。

1.2 水輪機調速器的功能

水輪機調速器的功能是根據水電站運行環境及特殊的保護需求而設計的。根據當前智能電網的管理要求，調速器必須具備并網功能、對水輪機有功功率的調節功能、自動調頻功能，來保證供電系統的安全。其功能主要圍繞調速器的開機、停機、調頻頻率、調控水輪機處理需求等設計。調速器在系統作用下負責調節水輪機的速度，從而帶動水輪機導葉開合，來控制導葉開度。導葉開度是決定水輪機轉速的決定性因素。導葉開度的大小控制水流的流程，從而控制轉速及頻率，在并網功能下，調速器指令自動開機、停機，自動調頻、自動調節有功功率。調速器還負責對轉速偏差的監測與自動化調節，其執行機構由主接力器通過壓力油操縱導葉開度改變。

（1）并網功能

智能水輪機調速器需要通過并網來實現自動化控制及調整水輪機組的運行狀態。調速器的機旁設計有遙控系統，在機旁操作或遙控操作時系統根據指令控制閉環，啟動調速器。調節到機組轉速平穩的狀態時，導葉為空載開度。水輪機組達到空載開度后調速器自動準同控制系統精準調頻并跟蹤網頻，來確保水輪機組并網運行的穩定性。

（2）調節有功功率的功能

水電站的水輪機組一般是并網接入，在系統運行中屬于長期帶負荷狀態。水輪機組并網后其轉動速度就會與電網保持同步，不需要調頻。但此時機組的有功功率隨流量的變化而變化，調速器需要負責對有功功率進行調節，使有功功率保持較為平穩的狀態。水輪機的調速器設計有開環和閉環調功兩種功能，其工作原理是通過執行機構對數控電液隨動系統的控制實現的有功功率調節。這種調節功率的方式具有精準度高、穩定性好的優勢。

2 水輪機調速器的調試操作

2.1 調試的內容

水輪機調速器現場調試的內容分為兩大部分，一部分是充水前調試的項目及內容，另一部分是充水后調試的項目內容。

（1）充水前調試

充水前調試的內容如下：①緊急停機與復歸工作是否正常；②手動／自動切換的正確與切換角度；③手動／自動切換時導葉實際開度是否存在變化，要求是無變化；④開機、并網、調相、甩負荷、模擬停機時調速器狀態轉換及各種狀態工作是否正常；⑤調節模式切換過程與切換精度是否準確；⑥調試最大出力限制線及啟動開度校準；⑦各種模式的手動切換是否靈活；⑧電源消失前后接力器變化幅度是否存在變化，要求是無變化；⑨事故與故障信號動作是否正確，要求正確；⑩靜特性試驗時調速器轉速是否存在死區和非線形度，要求不允許出現死區與非線性度；○1對步進式電液轉換器試驗并測繪電液轉換器的靜特性曲線，測定步進式電液轉換器的工作范圍和死區。

（2）充水后調試

充水后調試的內容如下：①檢查并調試手動開機與停機時開機、停機過程及指示燈指示方式；②檢查并調試自動開機停機時開機、停機過程的速度、平穩度及開機、停機時間；③調查并調試調速器的運行參數，調節至運行參數保持最優狀態；④檢查并校驗調速器在空載運行時調節的質量；⑤檢查并調試調速器在帶負荷狀態下對水輪機的調節及運行情況；⑥檢查調速器在甩負載試驗下的運行參數及品質；⑦檢查并調試緊急停機狀態下調速器的運行狀態及調節要求。

2.2 調試方法

（1）靜特性試驗

靜特性試驗方法用于檢驗調速器的轉速死區與非線性度。將機頻fj從50.00Hz開始間隔0.30Hz光滑一次，使接力器單調上升或下降，記錄機頻fj和導葉行程值，用死區計算公式（1）計算轉速死區。按照國際標準規定的轉速死區及非線性度調試調速器。要求大型調速器的轉速死區ix≤0.5%，中型調速器的非線性度g≤5%。

（2）電源消失試驗

將調速器調至負載狀態，先后切除直流和交流電源，記錄接力器的變化，再先后合交直流、交流電源，記錄接力器的變化。確定電源消失前后接力器的變化是否符合規定的變化幅度。不符合規定的變化幅度時要對調速器負載調節的參數進行調整。

（3）緊急停機試驗

緊急停機試驗在負載狀態下進行。當發出調速器發出緊急停機與停機指令時，導葉迅速關閉，水輪機組按下急停復歸按鈕，復歸緊急停機的電磁閥。在導葉全開和全關時檢查電廠調試是否符合計算要求。轉速應控制在3%～6%之間。

3 水輪機調速器的維護操作

以下以三菱PLC和F940智能顯示為例，說明水輪機調速器的維護操作。

3.1 電氣部分的維護

（1）畫面介紹

調速器的顯示單元共顯示若干副畫面，主菜單顯示運行參數、修改狀態、參數設置、運行狀態、調整零點、故障信息等多個入口，各入口的詳細畫面如圖1～圖3所示。

圖1

圖2

圖3

（2）日常巡視

日常巡視面板指示燈正常下顯示DC220V、AC220V、自動燈亮、故障燈滅、開度表與平衡表正常、智能顯示正常。如顯示單元顯示與以上描述不一致，則顯示異常，表明需要調試或維護。

（3）定期檢查

日常檢查內容包括開度表與實際是否相符、智能顯示與實際是否相符、停機等待狀態是否正常、步進式電機應保持不動、并網后開度狀態導葉值與步進電機應保持不動。

（4）注意事項

調速器異常或故障主要受開限參數、水頭參數、空載開度的影響，調試參數先檢查開機設置。

3.2 機械部分的維護

調速器停機斷油后要重新開機，微開高壓力油主截止閥持續15min，排出調速器中的空氣，再全開主截止閥。手動停機時電磁閥從正面推過去為緊急停機，從對面推過來為復位。復位開機后，開機從零度開始。復位開機前應將手輪逆時針轉至全關狀態。此外，定期清洗濾油器，清洗過程要快速切換。關閉主供油時先將自動狀態調到手動狀態，再進行后續操作。

4 結束語

為確保調速器調試的可靠性，調速器應在水輪機上采用多種方法試驗，檢查各項功能在水輪機運行下是否正常，與系統其他設備的協調性是否正常。若檢測到調速器性能及功能異常，及時做檢修處理。日常要做好調速器的定期維護。維護通過日常巡視、定期檢查加強開機過程、并網過程與停機過程的狀態監控，及時發現異常，按照操作規范處理。