水轮发电机组一次调频试验机械死区的分析与研究

先 嘉， 王 谦， 杨 其 忠

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

水轮发电机组一次调频试验机械死区的分析与研究

先 嘉， 王 谦， 杨 其 忠

(四川中鼎科技有限公司，四川 成都 610046)

水轮发电机组调节系统必须具备一次调频死区，其是机组在额定转速附近对转速差或频率差的不灵敏区。当转速差或频率差超过该死区时，调节系统应作出相应的调整。介绍了对某电站现场进行一次调频性能考核试验中发现机组在模拟网频变化超过调节系统人工死区时机组实际有功功率呈现出随机响应的情况进行的研究和处理过程。

水轮发电机组；一次调频死区；机械死区；有功功率；随机响应；研究处理

1 概 述

水轮发电机组调节系统必须具备一次调频死区，它是指一次调频调节系统在额定转速附近对转速差或频率差的不灵敏区，当转速差或频率差超过该死区时，调节系统应作出相应的调整以保证电网及发电机组的安全运行，并充分发挥发电机组的一次调频能力，使并网运行机组随时适应电网负荷和频率的变化，以提高电能质量及电网频率的控制水平。

水轮发电机组一次调频性能考核试验是通过对水电厂机组进行一次调频试验以检验机组一次调频功能，在确保机组安全稳定运行的情况下，测试并确定机组一次调频运行参数以满足一次调频性能要求。笔者介绍了在某水电站现场进行一次调频试验时发现机组的随机响应行为，并对此进行了分析研究。

2 试验过程

受业主方委托，笔者进场对某水电站发电机组进行了调速器一次调频性能考核试验。该机组额定功率为10 MW，已投运2 a。试验时，笔者将同一模拟网频变化的信号多次送入调速器PT端口后，导叶开度电信号输出响应明显，但试验要求考核的有功功率响应则表现为多种不确定的随机结果，归纳之后为三种模式：有功功率跟随响应、有功功率不跟随响应、有功功率轻微响应。

这种不确定的试验结果不能满足一次调频性能试验要求。如何给该电站一个合理的解释存在极大的困难。鉴于此，笔者在现场进行了大量的反复试验，并主观改变各种试验条件，然后将这些试验结果分组对比进行相关分析和趋势分析，使其原始表象逐渐浮现出来。

3 分析与研究过程

笔者首先将输入的模拟网频逐步降低，待机组的实际有功功率开始完全响应后，将试验置于一个新的起点，然后将模拟网频反方向升高0.25 Hz,试验结果为导叶开度正常响应，而有功功率完全没有响应。在不改变现状的条件下，继续升高模拟网频0.25 Hz，试验结果为导叶开度和有功功率均正常响应。降低模拟网频的试验结果除方向相反外，其规律是一致的。试验表明：只有连续两次及以上向同方向改变较大模拟网频达到一个阙值时，才能使有功功率发生跟随响应。

正常情况下，机械调速机构在接到调节指令后，力的传递从接力器开始，通过各机械联接及传动部件后抵达控制流量的机械终端，如导叶开度、喷针行程等，当该过程中的所有机械间隙符合设计要求，则调节机构既能保证调节中可靠的运动性且不会产生松动。一旦这些环节产生松动间隙，调速器在模拟网频变化的调节过程中其力的传递将不能充分跟随响应，最终导致机械流量控制终端不能或不完全实现目标控制，从而表现为有功功率不响应或不完全响应。

根据对试验情况进行的分析与研究以及现场对调速器系统的观察，笔者初步确定是调节系统在改变当前有功功率的过程中，因调速器机械系统联接及传动部件间存在扩大化间隙，使有功功率调节时在力的传递过程中必须首先克服这类间隙后才能真正实施调节，这类引起有功调节不能同步于调节指令的间隙即为机械死区。笔者在试验中发现并提出机械死区对一次调频试验影响的观点曾引起各方面较多的质疑，但随着一次调频试验的深入开展，机械死区影响试验结果这一客观存在的现象已逐渐被业主、电站技术人员及调速器制造商所认同。

4 处理意见与取得的结果

笔者在归纳总结了上述试验分析研究和观察结果后，与业主、电站技术人员以及调速器厂家的技术人员讨论协商后确定试验中有功功率随机响应产生的原因为：

(1)调节系统在力传递过程中各联接及传动部件磨损过度。

(2)在机组调试过程中或关机后存在误操作，导致调节系统各联接及传动部件在锁定投入状态中动作而增大了机械间隙。

(3)在机械加工过程中公差配合间隙超出合理范围。

考虑到针对以上原因实施处理耗时耗力，笔者提出了检查并修复或更换一些容易处理的联接及传动部件后再次进行试验检验的措施并予以实施，最终成功消除了一部分机械死区。但就目前情况而言，要尽量消除该机械死区只能留待机组大修时彻底检查和更换调节系统各联接及传动部件才有可能彻底、有效地予以解决。

5 结 语

此次在某水电站遭遇到的机械死区问题不仅仅是个例。根据笔者及笔者其他同事从事大量现场试验情况的汇总得知，调节系统出现机械死区的机组主要发生在老旧机组及小型机组中，大型及新投运机组则只发生过一例。因此，笔者认为：老旧机组调节系统产生上述故障的原因是在力传递过程中各联接及传动部件磨损过度以及在调节系统锁定投入时人为误操作造成的。小型机组可能是在机械加工过程中公差配合间隙超出合理范围引起故障的产生。因此，对存在机械死区问题的水电站必须重视检修工作，努力消除产生机械死区的原因，使机组一次调频试验满足电网要求。同时，机械死区是否是影响机组有功功率跟随响应的唯一原因尚待有机械死区存在的水电站进行机组大修并处理该问题后实施进一步的试验加以证实。

先 嘉(1982- )，男，四川犍为人，工程师，从事水电站机组调试试验工作；

王 谦(1985- )，男，重庆丰都人，工程师，从事水电站机组调试试验工作；

杨其忠(1948- )，男，四川成都人，高级工程师，原从事水电站机组调试试验工作.

(责任编辑：李燕辉)

2017- 01- 10

TV7;TV737

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1001- 2184(2017)04- 0092- 02