水轮发电机调速器故障分析及处理

宇文磊县

摘 要：近年来，我国相继有一些中小型水电站建成投产，这部分水电站的投产，有效的缓解了当前我国电力供应紧张的问题。水轮发电机是水电站电力生产中重要的设备，只有水轮机能够稳定、正常的运转，才能确保水电站生产效益的实现。但在水电站电力生产过程中，对水轮发电机的正常运行影响因素的因素较多，特别是调速器机械故障的发生，对水轮发电机组的正常运转具有十分严重的影响。文中从水轮发电机调速器故障及抽动类型入手，对调速器主配压阀抽动故障原因进行了分析，并进一步对故障排除措施及效果进行了具体的阐述。

关键词：水轮发电机；调速器；主配压阀；故障；对策

前言

水电站在电力生产过程中水轮发电机是不可或缺的重要动力设备，对水电事业的发展具有极为重要的意义。在水轮发电机组中，调速器作为调节机组转速重要部位，只有调速器正常运转，水轮发电机组才能正常的运行，为水电站的电力生产创造良好的效益。但在实际运行中，调速器故障发生率较高，一旦调速器不能正常的运行，则会导致水轮发电机无法正常运转，所以需要针对水轮发电机调速器的故障进行详细的分析，并对其采取必要的处理措施，确保水电站运行的安全性和稳定性。

1 水轮机调速器故障分析

文中针对某水电站中水轮机组调速器改造后的故障为例，对调速器故障进行具体的分析。该水电站调节转速的主要动用采用的数字阀式水轮机调速器，同时为了能够有效的提高发电机组的运行效率，对该水电站的5号机组的调速器进行了改造。改造完后调速器在投入使用后发生了主配压阀抽动现象，对机组的性能带来了较大的影响。所以在对主配压阀维修过程中，将主配放大系数调小，抽动现象消失，但该机组运行一段时间后，又发生了抽动现象，而且有功波动也较为频繁，但此时对相关参数进行调节后波动现象并没有得到缓解，将有功调节到108MW时，有功波动才得到缓解，所以初步判断导致抽动故障发生的原历可能是主配压阀的反馈位移传感器存在问题，对其进行更换后正常运行，但一周后抽动故障又再次出现。所以针对于这一故障的存在，为了能够将该故障得到彻底的解决，则需要对发动机组进行全面的检查，从而将导致调速器故障的根本原因找出来，彻底的排除故障。

2 抽动类型

在对发动机组进行现场检查中发现，当机组开机、空载或是动行自动平衡状态下时，导叶接力器会出现快速往复的等幅或是非等幅位移，而且还伴随着较大的响声，抽动幅度较大，频率较高，这就会导致转速的正常调节受到影响，负荷变化的速度较快，对机组及电网运行的安全性带来较大的影响，导致这种情况发生的根本原因，多为电气故障、液压卡阻。

3 调速器主配压阀抽动故障原因分析

在对调速器的电气控制系统进行分析时，我们主要对其硬件和软件进行了分析研究。对于软件来讲，我们认为其滤波功能不够完善，且负载功率调节死区过小，这些问题都对主配压阀抽动故障的发生起到一定的推动作用。而对于硬件方面，我们利用一定的方法对其比例伺服阀的控制進行了计算，通过计算我们得出在发电机组正常运行的时候，调速器的整机放大系数、PID计算值、导叶开度反馈值、位移反馈方法系数以及位移反馈值等参数都应该是处于固定不变的状态中。但如果位移反馈值是一固定的工作点，调节完成后，主配压阀的阀芯回到中间位置，主配压阀位移传感器也回到零点位置，由于现在调速器主配位移传感器使用的是主配压位移传感器，该传感器是导电塑料电阻轨型，触点长时间在导电塑料导轨的某一点摩擦会造成接触不良。降低了主配压阀阀芯回到中间平衡位置的精度，造成调速器引导阀不可能回到中间平衡位置，而是在死区的临界位置来回波动，使得调速器调节频繁，引起主配压阀抽动。更换同型号的主配位移传感器，抽动现象暂时消失，运行一段时间后又会出现同样的情况，在不更换主配位移传感器的情况下，通过调整调速器比例阀导叶开、关放大倍数和主配压阀位移反馈放大系数，可使抽动减弱，但抽动现象难以根本解决。导叶反馈位置安装不合理，水轮发电机组在开机时震动较大，导叶反馈与导叶接力器为拉杆式硬连接，从而导致反馈抖动较大，抖动变化值在0.3～0.8之间。导叶反馈的抖动引起比例阀控制输出的迅速变化，由于导叶反馈的变化是震动干扰信号，控制系统无法进行收敛控制，比例阀控制输出的迅速变化导致调速器主配活塞的上下抽动。

4 故障排除措施

4.1 调速器系统硬件处理

4.1.1 更换主配小反馈

采用大流量比例阀内部的反馈耐压型位移传感器，该位移传感器是根据差动变压器的原理工作的，套在线圈中的铁心在耐压管内移动，耐压管可以承受最大到31.5MPa的压力，能适应对压力介质中的某一段进行位移测量，测量过程是无接触和无磨损的，分辨率高且不受限制。放大器集成在阀体内，并根据相应的行程进行调节。传感器由DC12V电源供电，并产生0～DC10V电压作为输出信号。

4.1.2 导叶反馈传感器安装在振动相对较小位置

利用机械变换装置在水车外进行反馈传感器的安装，这样即使水轮发电机组运行过程中有振动产生，也不会对导叶反馈信号产生影响，从而有效的避免了在振动下对信号干扰的产生。

4.1.3 消除电磁干扰

要想有效的消除电磁所带来的干扰，则需要对调速器的电器柜壳体接地进行有效的处理。同时将反向、续流的二极管接在外部直流继电器或是电磁阀线圈上，并将阻容吸收器件接在接点两端的位置，从而达到消除电磁干扰的目的。

4.2 调速器系统软件处理

4.2.1 在PLC程序中对比例阀的滤波处理

对比例阀进行滤波处理时，则需要在负载、非频率调节且开度偏差小于5 时，同时还要在延时10s后进行处理，并且可以在触摸屏中对其大小进行设置。

4.2.2 对数字阀的控制进行修改

一旦数字阀调节进入到开度死区时，同时可以在触摸屏中对延时时间进行设置，然后进行延时输出。

4.2.3 对调速器的控制

在调速器可编程逻辑控制器（PLC）进行相应处理。负载开度调节工况或者电手动工况下，假如控制输出与实际开度的差值小于3 ，则修改主配反馈放大倍数为1，并且当主配位移变化超过100个数的时候，限制其计算值最大为100。

4.2.4 设置抖动报警功能

对于抖动报警功能，可以在程序中进行设置，通过触摸屏中进行报警功能、幅值、抖动次数及时间的设置，而且将报警信号上送到监控上位机，这样有利于运行人员监视工作的开展。

5 处理效果分析

对于调速器抽动故障的问题，通过更换了高可靠性及高测量精度的位移传感器，并对PLC程序进行了升级优化，水轮机调速器主配压阀抽动故障得到有效的解决，水轮机组运行十分稳定，性能良好。

6 结束语

在水电站发电生产过程中，调速器发挥着非常重要的作用，不仅对水轮发电机组运行的稳定性有着重要的影响，而且还直接关系到水电站正常生产的进行。所以需要对调速器主配压阀抽动这一较为常见的故障进行深入的分析，从而找出导致这一故障发生的根源，并采取科学有效的方法进行排除，确保故障得到根本性的解决，使水轮发电机组的正常运行能够得到有效的保障。

参考文献

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