抽水蓄能機組調速器的導葉振動分析

周祥 張龍歌 潘盈 楊敏之 李赟俐

摘要：導葉振動是抽水蓄能機組調速器運行中的常見現象，本文通過對抽蓄機組調速器一導葉振動的原因和處理方式進行分析，討論優化導葉振動現象的合理配置，并提出一種減少其振動周期的有效辦法。

關鍵字：宜興;調速器;導葉振動;優化配置

1 引言

調速器是抽蓄電站機組的核心組成部分，調速器調節品質好壞對水輪發電機組運行的安全性、經濟性，對電力系統電能質量和安全具有重大意義。宜興公司調速器由GE生產，調速器電氣控制部分采用最新的OC6000E控制系統，整體而言由調速器電氣控制柜+液壓柜（油壓設備）+接力器構成，主要功能結構由以下部分組成。測量機構：測量機組轉速偏差，并把偏差信號轉變為位移信號，然后輸出;放大機構：位移變化→油壓變化;執行機構：主接力器，控制導葉開度，改變流量;反饋機構：緩沖器和杠桿機構，當調節使=時，反饋信號使調節停止。實際運行過程中，調速器隨監控負荷的變化，迅速改變機組的出力，并保持機組轉速和頻率變化在規定范圍內。

2 調速器控制部分介紹

在調速器中導葉是執行調速器功能的最終部分。導葉執行機構與控制機構必須充分的可靠才能保證負荷的穩定性，機組運行的安全性。然而在中小型水電站水輪發電機組運行過程中，導葉擺動的情況屢見不鮮。在宜興抽蓄各機組的實際運行過程中，導葉擺動主要分為周期性擺動及非周期性擺動兩大類，這兩類擺動一方面加劇了機組的整體振動水平，影響各類元件的工作情況，嚴重時會造成機組事故停機，另一方面導葉的擺動也會影響負荷的穩定，嚴重時造成巨大的發電量考核，影響經濟效益。

3 導葉振動原因分析

3.1測速裝置故障檢查

對離心飛擺裝置進行斷電檢查，手動撥動飛擺裝置，檢查裝置是否存在輕微卡澀，之后用水平儀檢查，檢查裝置是否處在水平位置未傾斜，百分表測試，其轉動水平/垂直差值小于00.3mm滿足要求，之后再次在各個轉速下對裝置組件的同心度進行檢查。

3.2電網頻率波動

一次調頻動作情況，在頻率超過死區時，調速器正常動作疊加負荷，導葉動作趨勢平緩未有擺動。在電網頻率未超越死區，在小范圍內波動時，導葉也未有明顯的擺動情況，同時檢查了一次調頻考核較為嚴重的情況，導葉也沒有出現隨著小頻差反復擺動的情況

3.3勵磁參數設置不當

檢查勵磁系統錄波儀，檢查勵磁電流輸出平穩，同時關注機組整體振動水平。

3.4調速器硬件故障

對調速器硬件部分進行檢查，緊固端子，檢查測頻測速單元，檢測了各類電磁閥及繼電器，確保調速器柜硬件及其回路正常

3.5水力脈動

對各臺機組啟停及穩態運行全過程進行跟蹤，檢查同一流道相鄰機組啟停及負荷大幅度變化時，另一運行機組導葉是否發生了劇烈擺動，同時觀察檢查蝸殼和尾水管的水壓力產生周期性的振幅波動。

3.6導葉氣蝕

水輪機的氣蝕現象嚴重時，確實造成接力器的擺動。這種擺動的周期沒有規律，但擺動的幅值與機組承擔負荷有關。其中氣蝕現象嚴重的機組擺動情況尤為劇烈。

4.優化配置策略

4.1定期處理導葉氣蝕

4.1.1.清理氣蝕區：對氣蝕區用電弧氣刨將氣蝕破壞區的氣蝕層剝去，磨去表面滲碳層，使其露出新鮮的金屬。清理過程中，使清理的區域比實際氣蝕區大，使氣蝕鏟除的厚度應由氣蝕區向非處理區逐漸減小;對個別氣蝕較深的點答應保留，但其四周95%的面積上應露出其母體金屬。2對氣蝕區補焊：對氣蝕破壞深度小于8mm的區域，經清理后直接抗氣蝕焊條進行堆焊;氣蝕破壞深度超過8mm的區域清理后，先用與母體材料化學成分相近的結427等焊條打底，然后再抗氣蝕焊條堆焊;若個別部位有撣邊的通常可用不銹鋼板進行整塊鑲補;處理補焊后，對其進行退火處理。

4.1.2增加調壓室

考慮在水輪機壓力水管和引水道之間修建調壓室，增設排氣設施。當水輪機需水量忽然減小時，從引水道中流來的多余水量暫時進入調壓室。而當水輪機需水量忽然增大時，調壓室中可首先補充給予，減少水輪機壓力管和引水管中的水錘壓力產生，使運行設備在水壓變化最小時的運行狀態處于最佳運行方式。結合公司頒布的防球閥自激振蕩反措，攝取壓力水管中的壓力變化及機組運行時調速系統的接力器擺動，出現共振現象則立刻打開旁通閥。

在調速器電氣控制邏輯中新增水頭計算修正邏輯，由于調速器導葉開度受水頭影響，而水頭計算公式為壓力鋼管與尾水管壓力做差換算，因此添加修正系數，減少水力脈動發生時造成的壓力測量偏差，同時，修正后的邏輯考慮了同一流道相鄰機組啟停及負荷劇烈變動的情況，在檢測到壓力異常時，調整調節幅度和時間的搭量。

4.2定期處理導葉氣蝕

考慮在水輪機壓力水管和引水道之間修建調壓室，增設排氣設施。當水輪機需水量忽然減小時，從引水道中流來的多余水量暫時進入調壓室。而當水輪機需水量忽然增大時，調壓室中可首先補充給予，減少水輪機壓力管和引水管中的水錘壓力產生，使運行設備在水壓變化最小時的運行狀態處于最佳運行方式。結合公司頒布的防球閥自激振蕩反措，攝取壓力水管中的壓力變化及機組運行時調速系統的接力器擺動，出現共振現象則立刻打開旁通閥。

參考文獻

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