挂治电厂机组桨叶反馈故障原因分析与处理

胡 丰，皮征永，张 洪

（挂治水电厂，贵州 锦屏 556700）

1 引言

挂治水电站位于沅水干流上游河段的清水江中下游，贵州省黔东南州锦屏县境内，上游距离三板溪水电站约18 km，下距锦屏县城约7 km，工程以发电为主。兼有改善航运条件等综合利用效益，电站安装3台单机容量50 MW的轴流转桨式机组，采用单回220 kV送出线路并入湖南电网。

挂治电厂投产时采用的是武汉能事达公司生产PID全数字式型微机电液调速器，投入运行14年，2021年挂治厂进行了2号机组A级检修，检修期间，对调速器系统进行了换型改造，采用了北京中水科水电科技开发有限公司生产的CVZT－100数字式水轮机调速器，桨叶反馈传感器采用德国艾斯玛公司生产的传感器，其型号：WS10SG-375-420TL10-M4，传感器设置了冗余配置。

拉线位移传感器主要由两个部分组成，机械部分与电子部分，电子部分一般安装BEN编码器，钢丝绳由自卷弹簧始终保持收紧状态，测量原理是钢丝绳的直线位移转换成旋转量的电气信号量。钢丝绳紧绕在多圈测量轮上，每圈行程相同，钢丝绳测量轮、卷簧轮与传感器同轴联动，因此在整个测量范围内均为线性测量。拉线位移传感器正常工作时输出的是4～20 mA电流信号，以满足机组运行及开停机期间的行程、高精度信号需求。

2 故障经过

2021年 4月 8日 20：19：00，2号机组停机，机组制动风闸复归后，上位机立即出现以下报警信号：“2F：桨叶反馈（调速器通讯）故障”“调速器A机故障”“调速器B机故障”“调速器事故动作”“调速器急停阀动作”“机械事故动作”“调速器急停阀动作”“调速器A、B机同时故障动作”。中控室值班人员发现报警信号后，立即通知相关专业人员到达现场进行检查，检查发现2号机组调速器机械调节柜内急停阀动作、2号机组水车室内导叶全关、2号机组受油器内桨叶机械反馈装置显示开度为30%，机组导叶开度、桨叶开度与上位机一致，桨叶开机腔压力表显示 0 MPa。2021年 4月 11日 12：38：00，2号机组停机后再次出现桨叶反馈装置故障的此类情况。

3 故障分析

挂治电厂桨叶开度传感器采用3套控制，第1套传感器信号直接输入A机，第2套传感器信号直接输入B机，第3套公用传感器通过隔离模块分离，分别将桨叶开度信号传入A、B机两套控制器的第二路桨叶采集通道，如图1所示：

图1 桨叶传感器信号传输图

当A机控制器轮叶采集第一通道与第二通道发生偏差或者越限故障时，如果切换到B机运行，B机此时如果是正常的，则可判断为第1套传感器故障，如果此时B机也故障，则可判断为第3套传感器故障。如果A机运行正常，B机报轮叶故障，则可判断为第2套传感器故障。因此，按调速器设计思路，可判断机组桨叶故障导致原因大概率为第3套传感器问题，考虑到故障发生持续时间为40 s左右，且可以自动恢复，经过后期反复操作未发生此类情况。当调速器A机或B机采集值低于低限或高于高限设定值，在机组运行过程中控制器报调速器A机故障或调速器B机故障，机组稳定当前状态，机组在并网前或停机过程中报调速器事故，则触发机组机械事故动作急停阀停机。

上位机出现“调速器事故动作”“调速器急停阀动作”“机械事故动作”“调速器急停阀动作”报警原因分析：当机组调速器A机控制器大故障时，且调速器B机控制器正常，调速器会切换至B机运行。如果B机也故障，则A机继续作为主用，同时A、B机报信号至监控。初步判断桨叶反馈故障原因系公用桨叶拉线传感器跳变引起。

通过上位机的报警信号分析可看出，桨叶故障报警每次出现在机组制动风闸复归后出现。2号机组的调速器电气调节柜与机组风闸制动柜相邻，机组停机过程中，当转速到20%额定转速时，机组制动风闸自动投入，15 min后制动风闸自动退出（机组未发生蠕动，制动风闸不再投入）；风闸退出过程中，风闸制动腔排气（0.6 Mpa低压气），排气过程中产生振动干扰，导致相邻的调速器电气调节柜内桨叶信号发生异常。

4 故障处理

更换公用桨叶传感器：机组停机后，现场将机组调速器控制方式切至“现地”位置，桨叶控制方式切至“手动”位置，断开机组调速器电气调节柜内PLC电源开关，对2号机组公用桨叶传感器进行了更换。更换工作完成后，对传感器信号线进行绝缘测量，测量结果绝缘值均大于1 000 MΩ，符合相关要求；对2号机组桨叶传感器信号回路进行全面检查，对信号回路接线端子进行了紧固，排查传感器插头接线处和电缆连接端子处是否有松动现象。

4.1 排除外界干扰因素

2号机组公用桨叶传感器更换完毕后，第1次模拟2号机组制动风闸自动投入、上位机退出制动风闸操作，未出现异常报警信号，重复进行了3次机组制动风闸自动投入、上位机退出机组制动风闸操作，均未出现异常报警信号。

4.2 调速器程序优化

对2号机组调速器相关程序进行修改，将2号机组桨叶主备用传感器采样值超差>5%时，由原触发调速器事故修改为只触发调速器小故障不进行A/B机切换，优化逻辑判断。2号机组停机状态下，将停机态时桨叶人工开度死区由-9%调整为-2%，开机态时桨叶开度死区维持±0.3%不变

4.3 桨叶动作试验

进行桨叶动作试验，将2号机组桨叶的控制方式切至“手动”，手动将机组桨叶进行全关、全开全行程动作几次，未出现桨叶反馈异常报警信号。向集控申请上位机开2号机组至空转，桨叶动作灵活，且开度显示正常，调速器系统运行正常，桨叶反馈装置未发现异常。

通过采取上述的措施，2号机组运行至今未出现此类故障，桨叶反馈装置运行状态良好。

5 结论

拉线式位移传感器是自动控制系统必不可少的设备，且应用广泛，在水电厂中许多重要的设备都被应用，尤其是水轮机的导叶、桨叶反馈机构等设备。引发传感器故障有许多因素，有外部因素：传感器插头松动、接线端子松动、信号回路故障、电磁干扰等；有内部因素：传感器拉线断股（断裂）、传感器拉线卡阻、传感器内部弹簧张力不够、内部元器件老化等。如何降低传感器故障发生率及出现故障应急处置是保证电厂设备安全重要研究课题，本文介绍了电厂发生一起机组桨叶反馈装置故障，通过对故障原因分析与处理，积累了宝贵的工作经验，同时也为同类型设备故障处理提供了良好的借鉴。