东坪水电厂调速器的缺陷分析及处理

2015-07-28李崇仕沈琴峰江有志

水电站机电技术 2015年8期

关键词：调速器导叶

李崇仕，沈琴峰，刘　贤，江有志

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南长沙 410004）

东坪水电厂调速器的缺陷分析及处理

李崇仕，沈琴峰，刘贤，江有志

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南长沙 410004）

摘要：文章首先介绍了东坪水电厂调速器系统结构与工作原理，分析了调速器运行过程中存在主配拒动设置方式不合理；导叶传感器正电压消失时机组处于失控状态因此急需升级换型问题；导叶、轮叶主配引导阀卡死这3个缺陷，然后针对缺陷提出了具体改造方法，最后，通过分析改造前后设备运行情况，证明了改造的成功。

关键词：调速器；主配拒动；导叶传感器；导叶、轮叶与引导阀卡涩

1　前言

东坪水电厂为资江流域上游柘溪电厂的反调节电厂，装有4台灯泡贯流式水轮机，总装机容量为72MW，年平均发电量为2.912亿kW·h。机组调速器采用武汉三联PSW(S)T—150—6.3，PSW表示：比例数字冗余电液转换，W(S)T表示：导叶桨叶双重调节，主配压阀直径为150mm，工作油压为6.3MPa。从2007年装机以来调速器系统已经运行了8年之久，调速器出现了很多问题：主配拒动设置不合理加大了保护的误动性；导叶传感器问题，当机组并网运行时正极信号消失，机组导叶会迅速开至全开，导致机组过负荷甚至出现飞逸；导叶、轮叶主配引导阀卡死时要对调速系统进行泄压处理，费时费力且影响机组稳定运行。因此对这些故障进行排除是迫切的。

2　调速器系统结构与工作原理

（1）机械部分由比例伺服阀＋数字球阀＋机械手动组成机械冗余结构。比例伺服阀以及数字球阀都起电液转换作用，将电气信号转换成一定操作力和位移信号从而驱动下一级的液压放大系统，比例伺服阀和数字球阀二者互为备用，在自动状态下由比例伺服阀来完成电液转换，当然也可以机械手动操作选择。当电液转换出现卡阻拒动情况，电气部分自动切换到另一路电液转换环节[1,2]。该调速器采用三级放大：

第一级：比例伺服阀或数字球阀组成；

第二级：引导阀和辅助接力器组成；

第三级：主配压阀和主接力器组成。

（2）电气部分采用可编程控制器WT-PLC来保障计算机监控系统和机组运行的稳定性，核心控制器为法国施耐德公司的TWDLMDA40DTK。采用双机结构，即两个CPU，如图1，A机、B机之间采用为Modbus Plus网络拓扑结构，两套系统从输入至输出、电源配置等都完全相同，故相互完全独立。A、B机间采用智能全容错冗余热备方式也可以采用手动操作选择。

图1　系统结构图

3　存在的问题与改造方式

3.1主配拒动

主配拒动设置不合理，主配拒动信号一般是用主配压阀活塞上的一个行程开关信号，其实就是主配在非关的位置，只有在主配向关的方向动的时候接点才会复位，大部分时候主配拒动信号会一直保持，由于一般行程开关的死区至少为2~4mm，而一般主配压阀的行程多在8~10mm，导致该行程开关的可靠性不高，加大了保护误动的风险。主配经常发生误动或拒动，当机组甩负荷，转速超过115%时，机组紧急事故停机，无法直接停到空载或空转。该方式的最大不足在于信号灵敏度太低、死区过大。

改造方式：由电调根据开度目标与开度反馈之间的偏差及实际开度的变化率综合判断，电调逻辑判断后通过数字量输出板（DO）开出，驱动一中间继电器，中间继电器的开出接点接到监控系统原“主配拒动”输入点即可。具体为当开度偏差大于5.00%且开度变化率未按要求方向大于0.10%/100ms，延时确认3 s即判定“主配拒动”。

逻辑表达式为：

CN：=ABS（OT-OF）＞5.00%&OV＜0.10%/100ms；

CN：控制异常；OT：开度目标；OF：开度反馈；OV：开度变化率。

3.2导叶传感器问题

东坪电厂水轮机活动导叶开度传感器型号为米铱WDS-1500-P60-SR-U，该型传感器采用拉线式，其输出信号为0~10 V制式；该传感器主要不足有：

（1）电压输出

电压制式输出的传感器均存在共性问题，即输出信号开路后采样侧电压均需要一定的时间才能完全消失，这样就会影响调速器对反馈消失的反应时间，致使信号消失后实际开度变化量大于1%。根据湖南省电力技术中心报告，当断开调速器导叶反馈的正极信号时，由于残存电压影响导致调速器未能报故障信号，而显示为正常状态。同时，调速器将导叶开度开至全开，导致机组发生过负荷，机组过速甚至出现飞逸。

（2）拉线驱动

拉线带动内部轮轴将外部位移信号转换为内部电位器转角信号的测量方式容易受机组振动的影响，造成被测信号随机组振动而变化，特别是在行程较长的情况下更为明显；且轮轴张力受行程影响较大，在小行程时更为明显。

（3）测量规格

现使用的位移传感器可选量程幅度变化太大，1 000mm以上即为1 500mm，使被测精度明显下降，因此，精度也叫线性精度对选择新型传感器是一个重要依据。

综上所述，选用M T S公司的R系列：RP01200M型传感器。其特点是采用非接触式磁致伸缩拉杆型，因其采用的是绝对数值输出，即使断电也不用对其调零，所以性能可靠永不磨损；为电流输出型，其规格：4~20mA；测量范围为：0~1 200mm。

图2　磁致伸缩拉杆型传感器安装示意图

3.3导叶、轮叶主配引导阀卡死

引导阀与端盖间的密封为传统的“O”型密封，引导阀与引导阀端盖间的间隙为0.02mm。引导阀下行的驱动力来自上部“电－液”转换装置（操作力至少达200 kg），而上行的驱动力来自引导阀下部的弹簧（操作力仅为20 kg）。当引导阀杆与端盖间因间隙较小，长期摩擦出现阻力大于20 kg时，引导阀就卡阻在关闭侧。

改造方式：由于引导阀与其端盖间平常与回油连通，仅在急停阀投入后才通入压力油。可将其密封改进为“Y”型密封，同时增大间隙。由于加大了引导阀与端盖间的间隙，从而避免了引导阀杆与端盖直接摩擦甚至出现卡阻的现象；紧急停机电磁阀投入时，压力油的作用自上而下会把Y型密封圈压的更紧，而不会发生渗漏现象。图3为改造示意图。