水电站水轮机调速器常见故障分析及处理

李景辉

国家能源集团大渡河流域水电开发有限公司龚嘴水力发电总厂 四川省乐山市 614900

摘要：水力发电是目前电力生产领域比较成熟的一项技术，与火力发电技术相比，水电站的运行过程对周围环境的污染相对较小。水轮机是水电站电力生产不可缺少的重要设备，其运行状况可直接影响到发电机组的发电效率以及生产过程的安全性、稳定性，在生产实践中，水轮机组的故障率较高，不同故障类型的原因、处理方式与难度不一，明确常见故障类型的表现、诱因以及有效的处理方式，对水轮机组的运行有一定的保障作用。本文围绕水轮机组的故障排除进行分析，重点讨论调速器的常见故障以及可行的维修方法，以供参考。

关键词：水电站；水轮机组；故障；维修

引言

水力发电技术是目前发电领域应用相对频繁的一种发电技术，在相关技术与配套设备的支持下，我国的水力发电行业已经在全球范围内取得了较为领先的地位。另一方面，水电站运行保障体系的建立，以及企业在提高产能、调整发展结构等方面做出的积极调整，成为水力发电行业创新发展的重要方向。在水电站的生产活动中，设备的定期检修、养护是及时发现故障或者隐患并保证设备处于正常工况的有力手段，良好的检修制度以及科学的养护过程，不仅能够降低设备的故障率，延长设备寿命，还会给水电站带来额外的经济效益。

1 水轮机调速器常见故障及诱因

1.1 电源电压异常

水轮机调速器控制部分的正常运行依赖于稳定的电源，为保证调速器在运行阶段获得稳定的输入电压，技术人员需要事先对整个调速器系统进行严格调试，保证装置与电源之间的有效连接。一般情况下，调速器系统会通过相应的电源板装置获得供电，若上电以后整个系统存在一部分设备不能正常运行的故障表现，检修人员需要对电源板装置的电压参数进行观察^[1]。输出电压低于额定数值是引起此类故障的主要原因，而电源电压异常的危害不仅限于设备不能正常启动，有时还可能对设备的性能、寿命造成不同程度的影响。结合笔者以往的维修经验，电源电压异常应当从以下两个角度查找问题：（1）电源板装置故障；（2）交流、直流电源故障。

1.2 液压故障

在调速器电气柜常见故障中，液压故障是发生频率较高的一种复杂故障，判断电气柜是否存在液压故障的标准为：自动，导叶给定和反馈偏差超过20%，保持8s报警。在断定装置存在液压故障时，检修人员需要及时对故障来源进行准确判断，并据此采取对应的排除手段。故障排查可参考以下流程：（1）首先，对导叶传感器的运行进行检查，重点观察传感器是否脱落，采样值是否存在，采样值是否在定位范围内，采样值和实际位移是否成线性，同时注意警惕事故配压阀是否存在窜油问题；（2）将导叶切换至机手动，观察装置是否能够正常动作，若能，则提示伺服电机动作正常、主配没有发卡，否则考虑驱动器、控制器的电气回路存在故障；（3）检查控制器、驱动器的指示灯情况，若检查结果显示指示灯无异常现象，则进一步检查电气回路的接线情况；（4）若电手动模式下设备能够正常动作，检修人员需要按照设备使用规程中的导叶扰动试验，观察导叶是否能够正常动作；（5）如果导叶扰动正常，模拟开停机，正常，即完成；（6）若经过上述检查，仍然不能解决电气柜的自动控制故障，则检修人员需要对电气控制部分进行检查，重点排查控制输出端是否正常，线路是否存在松脱现象。

1.3 接力器异常抖动

接力器异常抖动是调速器的常见故障类型，其诱发因素主要有：（1）受到外部大功率电器设备的干扰作用；（2）机组频率信号源受到一定程度的干扰作用；（3）接触不良或者接线处出现松动情况；（4）反应时间常数偏小。不同诱发因素引起的异常抖动在故障表现上有一定的差异，这是检修人员判断异常抖动原因的重要依据^[2]。例如，因为接触不良引起的接力器抖动没有明显的规律；由机组频率信号源干扰引起的抖动故障，可通过观察机频信号的跳动与接力器抖动之间的关联掌握故障原因。

2 水轮机组调速器故障的处理方法

2.1 电源电压故障的排除方法

电源电压故障不仅会导致系统内的设备无法正常启动，还会对系统的稳定性以及寿命产生影响。因此，在发现调速器电压故障以后，检修人员需要及时对调速器、电源之间的线路进行严格、彻底的检查与调试，有序查找电压故障的原因。具体到故障的诊断与处理，检修工作的侧重点应当为：（1）调速器与电源之间的连接是否可靠；（2）电源本身是否存在故障；（3）电源板装置是否有故障。对于线路的检查，检修人员需要注意断线、虚焊等问题，全面检查电源与调速器之间的连接情况，排除所有故障以后，检修人员需要严格按照操作规程进行送电测试，观察系统内的设备是否能够正常运行。

2.2液压故障的排除方法

液压故障的原因大致可以分为以下几种：（1）导叶传感器反馈失真；（2）伺服电机拒动或主配卡阻；（3）导叶副环参数丢失；（4）活动导叶或导水机构摩擦。对于不同原因引起的液压故障，检修人员需要对故障的源头进行准确判断，制定并采取科学、严谨的维修措施。对于导叶传感器反馈失真风险，检修人员需要对传感器、滑块的运行情况以及采样值的数值变化进行观察，必要时根据反馈信息进行加固、调整，或者直接更换传感器装置。伺服电机拒动或主配卡阻需要通过观察伺服电机反馈或者拆解装置等方法进行判断，对于主配卡阻问题，一般采取清洗主配的方式解决故障，同时检修人员需要根据反馈信息判断是否有必要更换调速器的滤芯，规避拒动、卡阻问题。活动导叶、导水机构异常摩擦主要由构件错位引起，摩擦问题的出现不仅会导致接力操作功不足，还会对调速器的稳定运行构成一定威胁，排除摩擦故障需要对错位问题进行判断，根据磨损情况决定选择打磨摩擦部位还是更换零部件。

2.3接力器异常抖动的排除方法

调速器接力器的异常抖动有若干种不同的故障表现。首先，外部大功率设备的启动与停止操作会对接力器的运行产生一定的影响，外部电磁铁、直流继电器的动作也会影响到接力器的实际工况，要解决此类外部干扰引起的抖动现象，检修人员必须对调速器机柜的接地状况进行严格检查，保证机柜、装置壳体的接地效果良好^[3]。而对于电磁铁、直流继电器带来的故障风险，检修人员可采取加装反向并接二极管的方式，规避此类装置动作引起的外部干扰。其次，对于信号源干扰问题的处置，检修人员需要对线路的分布情况进行检查，为了尽可能规避信号源干扰带来的故障风险，技术人员在设计频率信号线路时应当尽量将其与可能引起信号干扰的路线隔离开，或者选用带有良好屏蔽功能的双绞线作为频率信号线，以减少频率信号源的受干扰概率。再则，对于接触不良、接线松动引起的无规律抖动，检修人员需要遵循线路检查的基本原则，对调速器内部的接线情况以及相关装置的接线方式进行全面排查，一旦发现有接线松动等问题，需及时进行处理并做好记录。最后，对于反应时间常数偏小问题，减小随动系统的放大系数是一种可行策略，能够有效规避由此引起的异常抖动故障。

3 结语

水轮机组调速器故障的及时修复，对水轮机组的稳定运行以及水电站生产任务的执行皆有重要作用。鉴于调速器故障的复杂性以及设备维修、养护管理提出的严格要求，相关运维人员应当在工作实践中主动总结经验，梳理、归纳调速器系统常见故障的类型、表现以及诱因等，形成完善的故障检修规程。同时，根据调速器故障的发生规律，制定科学的检修计划，为故障、隐患的及时检出提供保障，助力水轮机组的稳定运行。

参考文献

[1]倪健. 水电站水轮机调速器常见故障分析及处理[J]. 河南水利与南水北调, 2020, v.49;No.349(07):30-31.

[2] 徐况来. 浅析水轮机调速器液压系统常见故障及处理[J]. 中国战略新兴产业(理论版), 2019 (013): 1.

[3] 赵文林. 水电厂水轮发电机组调速器维护及故障处理[J]. 名城绘, 2019, (002):1.