水电站调速器常见故障技术处理探索

水电站调速器常见故障技术处理探索

张成玉1李安1朱旭东2

1.新安江水力发电厂浙江建德311600

2.澧水公司江垭水电站湖南张家界427000

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，水力发电作为清洁能源发电方式，是我国重要的发电模式。调速器是水电站的重要设备，是水电站设备运行正常的主要控制元件。由于水电站环境潮湿，调速器属于精密仪器，极易造成各种故障的发生；加上此设备长时间运转，故障发生率偏高。由于调速器是重要的控制设备，对电机转速的调节和变组机的处理起着不可替代的作用，因此一旦出现故障，会对水电站的工作造成较大的影响，进而影响整个水电站的效益，甚至会对城乡供电产生连锁反应。基于此，根据经验，探索水电站调速器常见故障及其维修检修处理方法，以供参考。

关键词：水电站调速器；常见故障；技术处理

引言

调速器的设计多位于水轮机发电机的中间位置，水电站的水轮机多在大负荷电网中运营。负荷因供电幅度的不同可随时改变电压，而发电机组则完全根据负荷的数值高低做出迅速的出力调节，使系统随时电力平衡，以保证水电站正常运转。如果功率改变，相应的就要做一次调频。调速器是调频的关键设备，任何发电厂都会配置这一设备。

1水电站调速器

1.1作用

调速器的作用具体如下。1）能够使转浆式和冲击式水轮配合运转，彼此调节。2）能够对水轮发电机之间的负荷进行合理分配，以确保水电站发电机组的正常运行。3）能够启动水轮发电机组的快速手动和自动档，使得发电机组在其所受负载发生改变的情况下也能照常运转。4）能够维持发电机组转速正常，尽可能减小与额定转速之间的差距，保障水电站发电机组在正常功率范围内工作。

1.2调速器必须满足的条件（即稳定性）

当水轮发电机组转速与设定值差距较大时，调速器需要做出对应的反应行为，同时还必须具备一个能随时发作的恢复力来使调速器恢复到初始状态。产生这种恢复力的核心零件是离心调速器中的弹簧。这种有恢复力的调速器被称作静态稳定的调速器。但静态稳定的调速器也可能在调节过程中表现出动态不稳定性。例如，由于调节行为过度而产生反向调节的情况，实际调节行为会产生一个振荡过程。动态稳定的调速器就是使这种振荡能够快速衰减的调速器，动态不稳定的调速器是不能保证水轮机组正常工作的。在水电站调节系统中增加阻尼可以起到提高动态稳定性的作用。调节系统中的阻尼，如运动中的摩擦，会降低调速器的灵敏度。当被控制轴的转速与设定值产生微小偏差时，调速器无法做出对应行为。通常，机械式调速器的不灵敏性大概是其设定值的1%。但是，灵敏性过高的调速器也会由于机组正常运作过程中周期性的速度波动而做出不该做的调节行为。

2常见故障原因分析和处理方法

2.1水轮机组开机频率异常问题与处理

1）开机后机频波动较大。该故障主要表现在启动开机后，机组转速产生较大波动而机组频率显示固定在某一值，或频率波动上下偏差过大，影响机组并网。这类故障产生的原因一般是电源变换模块将开关电源输出的DC24电源由DC—DC变换器转换为了+5V和+24V电源供频率测量模块和反馈电位器使用。如果供频率测量模块输出电源不稳定或小于+5V，或者是调速器接力器滑块带动推拉杆至控制环传动导叶转动部件受到卡阻，或者导叶内卡有杂物，将会对调速器的调节行为产生影响。当调速器接力器收到开或关的行为命令时，实际导叶开度通常会延迟一段时间，此时接力器又增大开或关的行为命令，从而造成较大的超调量，使机组不能稳定在某一参考值内而反复运转。对于此类故障，检测电源变换单元线路板中7、8脚的输出电源是否为+5V。若测量值小于+5V，更换电源模块，即可正常开机。2）开机前调速器无反应。该故障的主要表现形式为：在初开始和开始的中期，光字牌无法处于最小位置，调速器对光字牌的调节无效。产生这种故障的原因可能是调速器的马达产生故障，也可能是螺丝脱落。马达故障和螺丝脱落很可能是由于水电站发电机在运转过程中的震动造成的。需要确定马达中脱落的螺丝位置，操作将其固定，并且随时或者定期重复检查该螺丝是否还有脱落风险。若检查出还是不牢固，必须采用胶水或其他措施来紧固螺丝，或者换新的螺丝。3）机组在运行中的负荷故障。发电机组若处于超负荷的工作状态，可能导致跳闸。产生这种故障的原因可能是发电机组处于超负荷的工作状态时，调速器也同步处于超负荷的工作状态，机组并网后，调速器会按程序将导叶开度快速增加一倍，达到满负荷开度值，系统频率指示断开，而调速器开度保持原样，将直接产生定子超电流的状况，进而导致跳闸。对于这种故障，要认识到它产生后果的严重性。此时，技术人员可以将额定载荷最大化，并同时操作将定值降到最低限，防止问题趋于严重，也可以询问厂家能否对调速器进行自行更改。若此类故障再次发生，可以通过报警装置获得超载信息，以便及时处理故障，减小损失。

2.2电气控制系统

2.21主要硬件

电气部分由可编程控制器ＰＬＣ、触摸显示模块、稳压直流开关电源、频率整形测量模块以及面板上的按钮／指示灯等部分组成。1）CPU模块。核心CPU选用日本三菱公司生产的高性能FX3CＦ系列PLC，采用高性能、高可靠性的32位PLC可编程控制器，标准模块配置，更适于工业环境使用，具有硬件和软件的最佳兼容性。2）反馈传感器。调速器采用电气反馈，无机械回复机构。导叶位置反馈装置可直接安装于接力器上，无重锤回复机构，动作灵活、可靠，不变位。3）测频模块。测频环节的可靠性、稳定性是保证调速器调节品质的关键所在，因此采用的测频方式利用PLC本体测频；用PLC实现本体直接测频无需中间环节，测频回路简洁、速度快、抗干扰能力强、可靠性及实时性大大提高、维护使用方便。4）通讯。调速器具有强大灵活的与LCU或上位机通讯的功能。同时，具有两种连接方式：串行通讯口（RS485）连接和常规的硬件连接。调速器优先采用串行通讯口通讯，当串行通讯发生故障时，调速器还可以通过接收上位机发出的硬接点控制命令调节机组工况。（5）操作显示部分。液晶触摸屏作为中／英文人机交互界面，完成调速器现场工况的监视及故障状态数据显示等功能。

2.22主要特点

1）电气部分采用可靠性高、抗干扰能力强、体积小、运算速度高的进口可编程，调节方式采用并联补偿自适应式PID。2）控制输出为全数字式输出，无“模数转换”环节，实现直接的数字输出。3）具有故障的实时检测、诊断及处理功能，提高了整个系统的安全可靠性。4）具有跟踪系统频率或者给定频率、调节导叶开度功能，保证了调速器在手动／自动状态以及多种运行工况下的无扰动切换。5）可以按照不同的（频率／开度）运行模式自动改变当前运行参数，调节平稳，响应速度好。6）当电源消失时自动进入手动运行并维持原有的开度不变。

结语

调速器是水电站发电的重要设备。经验丰富的处理人员会根据水电站调速器实际情况与应用现状，严格服从流程检测，研究发生故障的原因，一步一步地对调速器在运行过程中出现的故障进行诊断和处理。水电站调速器故障的诊断与处理效果直接关系到水电厂的运转效率、安全性及经济效益，因此应格外重视。

参考文献：

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[2]石志刚，刘伟，金兰，等.基于TDS系统的超大型测试向量生成技术研究[J].微处理机，2016，37（5）：17-20.