调速器智能在线诊断系统研究

调速器智能在线诊断系统研究

李东峰

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武汉三联能泰水电设备有限公司

摘要：随着科学技术的发展，水轮机调速器是控制水力发电过程的关键核心设备之一，并网运行过程中若发生液压跟随故障，未及时诊断并处理将严重威胁机组和电网安全稳定运行。水轮发电机组并网运行正常调节负荷过程中，若调速系统的比例阀、主配压阀、接力器等执行元件发生间歇性卡涩拒动或控制油路发生漏油泄压等故障，未及时进行故障诊断处理，将导致机组负荷无法正常调节，甚至机组负荷出现大幅度波动等一系列问题，严重影响机组安全稳定运行，造成事故停机。

关键词：调速器；智能诊断；研究

引言

柴油机是一个复杂的系统，具有多系统性、非线性，其运行环境相对比较恶劣。柴油机的调速器则负责将船舶的转速范围维持在规定的范围之内，进而保障船舶正常运行。在船舶运行的过程中，柴油机调速器极容易受到运行环境、海况和工矿等不同要求的制约，传统的控制模式下，极容易导致船舶柴油机在运行的过程中，产生多种问题。因此，在信息技术背景下，必须要充分借助仿真技术，构建一个仿真诊断系统，对船舶柴油机调速器运行中可能出现的故障进行诊断。

1柴油机调速器结构与功能分析

1.1转速控制器

主要是对柴油机的转速进行检测，结合传播柴油机的运行情况，对其转速进行控制和调节。而在这一部分中，微处理器则是其核心，对低速柴油机的运行特点进行了充分地考虑，并且在调节的时候，对其转速的稳定性进行了充分地关注；在船舶柴油机中，通过转速控制，可以充分结合船舶运行的实际情况，在既定操作模式下，对柴油机的主机转速进行有效的调节和控制，进而保障船舶的正常运行。

1.2电子驱动单元

这一部分是船舶柴油机电子调速器中的中间环节，主要是对对转速控制器所传送过来的油门开度设定值的命令进行接收，只有经过线性变化、功率放大等，将这一信号输出，并进行执行。同时，这一单元还对船舶柴油机中电动执行器相关的转角输角变化的反馈信号进行接收；在船舶柴油机的电子调速器运行中，电子驱动单元作为一个重要的中间环节，在柴油机运行的时候，主要包括状态监视、无差调节、品质调节和功率放大等功能，将电子调速器控制在规范的速度内，保障船舶的正常运行。

2调速器调节存在的问题

导致主配频繁调节现象的直接原因是，在调速器调节稳定后，机组导叶开度持续增大或减小。这与以下几个因素有关:①液压随动系统比例阀和主配中位未整定准确。②主配传感器测量主配位置信号不准，比例阀驱动信号输出不准确，存在温漂现象。③接力器在不同开度下油路密封情况不同，漏油量不同。④水力因素。会导致调速器调节稳定后主配复中的位置偏移主配实际中位，致使导叶开度定向持续变化，引起频繁调节。特别是当传感器周围温度环境存在明显变化时，此因素对主配位置信号测量和比例阀驱动信号影响更显著。主配反馈信号和比例阀驱动信号产生温漂，会导致调速器调节稳定后主配复中的位置偏移主配实际中位，致使导叶开度定向持续变化，引起频繁调节。会导致导叶开度定向持续变化，且不同开度下变化速度不同，引起频繁调节。

3主配中位自动诊断及智能纠偏技术

当中位零点在机组运行过程中出现了漂移，而漂移的大小在不影响正常运行的情况下，调速器电气部分输出一对应的值到电液转换环节进行零点补偿，以保证整个调速系统的稳定。主配中位纠偏的理论基础为调速器液压随动系统静态平衡理论。调速系统液压随动系统由电液转换元件、液压控制元件和执行元件等组成。为了使控制系统的表示既简单又明了，在控制工程中一般绘制控制系统的框图进行分析研究。向家坝电站调速系统液压随动系统框图存在两个闭环反馈:导叶开度控制环和主配控制环，当调速系统液压随动系统静态平衡时，导叶开度控制环和主配控制环必然平衡稳定。一旦发现调速器由于调速器主配电气中位漂移或者中位整定不准确等原因导致调速器调节性能下降，则自动启动智能纠偏功能，对主配电气中位进行修正，从而保证调速器调节性能稳定，实现主配电气中位自适应。

4调速器智能诊断优化建议

4.1调速系统控制逻辑改进措施

目前调速器硬件配置采用冗余配置，当任意一块PCC模块出现硬件故障时，将会导致CPU报故障停止运行，调速器控制器根据预定的控制逻辑自动切至备用机运行，并报停机报警故障。当2套PCC控制器同时出现故障时，延时一定时间后将会触发二类机械事故停机流程。在任意模块出现故障时，通过在程序内设计控制逻辑，可以实现CPU不停止运行。如果在调速器故障控制逻辑完善且机组安全稳定运行要求高的情况下，为了避免控制器模块硬件故障直接导致CPU停止运行，且保证可以实现切换A/B机功能，可以优化程序，同时引用程序内部定义的PLC模块正常检测点，对PLC模块故障进行检测判断，并纳入到调速器严重故障判据，实现模块故障切机并报警功能。

4.2隔离阀状态异常控制策略分析  

在液压系统进行事故低油压试验时，隔离阀出现反复开启、关闭的情况，并在调速器控制柜触摸屏报液压系统停机失败、隔离阀关闭失败、隔离阀状态异常等故障信息。其主要原因是隔离控制逻辑不合理导致在极端情况下出现隔离阀反复开启和关闭。原控制程序中隔离阀关闭失败故障的判断条件是隔离阀关闭指令发出30s内，若未检测到隔离阀关闭状态反馈，则报“隔离阀关闭失败”故障。该故障未设计故障自动复归条件，而且该故障存在时将强制发出隔离阀关闭指令；而在液压系统运行态下，若未检测到隔离阀开启状态反馈则会报“隔离阀异常关闭”故障，并将强制发出隔离阀开启指令。

4.3调速器系统仿真与故障诊断

故障树分析法是一种非常重要的分析方法，具有极强的可靠性和安全性，并且在许多领域中已经得到了广泛的应用。这一仿真系统的分析方法，兼顾了规则、定量模型诊断的优点，有效解决了故障树分析法智能诊断中面临的瓶颈问题。在此基础上还要结合故障发生的可能性，对其进行排列，指导轮机管理人员对所发生的故障进行排除，进而提升故障分析的准确性。同时，在这一系统中，还可以结合用户的信息反馈，对故障专家知识库中最小路集分析的参数进行修正，并对系统中的数据进行更新，进而使得后期的故障分析更加精准。

4.4自动补气阀控制策略优化

在原补气过程关闭的控制逻辑基础上取消补气阀开启失败的闭锁条件，补气阀开启失败只作为故障报警，同时增加补气持续时间的判断条件。在原补气开启过程控制逻辑的基础上增加本次补气完成与下次补气开启之间的时间间隔；优化补气阀关闭失败的处理逻辑，若补气阀在规定时间内未关闭到位则报补气阀关闭失败，同时该故障复归补气阀关闭指令，退出补气流程的同时在该故障尚未复归前不再投入补气阀。

结语

调速系统作为发电机组运行的核心部分之一，与水电厂安全运行密切相关。调速器通信是调速器双套控制器之间的可靠保障，是数据交换和监视的渠道。而停机报警对于水轮机调速器来说相当重要，如果出现调速器通信异常将会丢失采集的数据，必将对调速器控制造成影响，若双套控制器停机报警故障时必将会导致事故停机。而调速器停机报警和通信异常时更加应引起重视，及早查明原因，及时处理故障，保障设备的可靠运行。

参考文献

[1]常中原,帅小乐,李初辉,等.向家坝水电站调速系统的特点及问题分析[J].水电站机电技术，2012,35(5):23-24,35.

[2]蔡维由.中小型水轮机调速器的原理调试与故障分析处理[M].北京：中国电力出版社.

[3]张官祥，陈自然，常中原.水轮机调速器液压控制系统运行可靠性探讨[C]//2016年电力系统自动化专委会年会论文.