水轮机调速器调试与维护措施分析

水轮机调速器调试与维护措施分析

曹雅楠  

新疆伊犁河水利水电投资开发（集团）有限公司

摘要：水轮机调速器故障是水轮发电机组运行中存在的一个普遍问题，本文主要对水轮机调速器调试与维护措施进行分析。

关键词：水轮机；调速器；调试；维护

引言

在长期运行中，由于人为操作、自身振动力、环境侵蚀等原因，导致机组工作稳定性不断降低，故障率不断上升。例如，由于调速器本身的振动，导致各部件的固定强度降低，从而出现松动、脱落等故障，从而导致调速器不能正常工作。

1水电站水轮机调速器的调试与维护概述

对调速器进行调试和维修，可以使调速器在任何时候都能保持良好的工作状态，将运行、振动和其他因素对调速器的实际影响降至最低。例如，当调节器工作时，维护人员定期进行预防性维护，将其分解成多个零件，逐一检查其工作状况，清洁表面附着力，更换严重零件，固定松动零件，防止零件脱落、零件表面摩擦、附着力等问题。

2水轮机调速器调试与维护措施分析

2.1采取多元化调试方法

（1）静特性试验。同时测量导叶行程和频率的变化，并将测量结果输入死区计算公式，以准确计算调节器转速的非线性和死区，并根据计算的结果，确定了调速器的非线性和速度死区。目前，国际上对中等调速系统的非线性要求不能大于5%，大型调节器的速度死区不得超过0.5%。（2）紧急停机试验。在应急停机测试中，操作人员对调节器发出停机命令，检查导叶在指定的时间内是否能快速关断，确认正确后，再发出急停返回命令，使电磁阀返回，当导叶完全打开和完全关闭时，反复测量旋转速度，要求在3%～6%之间。模拟调节器的运行故障，观察LCU现场控制装置是否会在紧急情况下自动关闭，而不考虑在紧急情况中驱动电磁阀关闭的继电器节点；如果LCU装置发生故障，则通过人工控制操纵杆，使阀门进入关闭状态。

2.2双调节水轮机甩负荷低频灭磁的调速器控制策略

双调节水轮机一般指轴流转桨和灯泡贯流式水轮机，具备导叶和桨叶均可以灵活调节的机构，且有更高的效率，和较低的适应水头范围（5米到30米），其选址容易，开发难度小，在当前我国大力发展清洁能源的背景下，在国内获得了大量建设和发展。特别是灯泡贯流式水轮机具有的流道长度小、发电机组重量轻、技术参数先进、操作特性好和土建投入较小等优点，发展更为迅速。但双调节水轮机甩负荷动态过程经常出现频率低于90%额定转速，造成发电机励磁低频灭磁保护动作，甚至导致停机的事故，严重时可能造成厂用电消失，事故扩大的恶果。因此，电力行业标准《DL/T563水轮机电液调节系统及装置技术规程》5.2.2.7规定，对于解列后需要带厂用电的机组，甩负荷后机组转速最低不能小于85%。（1）加快桨叶的关闭速度，和导叶速度相匹配。此项措施需要和主机厂协商，一般双调节水轮机导叶关闭速度较快，6-10s范围，桨叶速度一般不能低于20s，大多数机组在40-60s范围，关闭较慢，允许条件下，可以放快到20-25s。（2）放开空载时导叶开度限制。导叶开度限制一般是开机时，防止机组过速所设置的限制开度，甩负荷时可以适当放开，一般建议3-4倍以上的空载开度。等转速稳定后恢复到正常设置。（3）设置最小导叶开度限制，可以防止导叶关闭过多，造成转速下降过多，一般可以设置0.7-0.85倍的空载开度，即导叶关闭到最小开度限制时便不再关闭。等转速稳定后恢复到正常设置。

2.3巨型水轮机组调速器冗余控制双机切换逻辑

调速器内部主用逻辑与双机交互的信号密切相关，具体可分为主用权夺取与交割两种方式。主用权夺取逻辑为：当某套控制器未处于主用态并且无大故障时，收到另外一套控制器的大故障信号或者主用信号消失，将给“自己”一个主用令；当某套控制器未处于主用态，自身发生大故障，另一套控制器也出现大故障但没有主用时，该套控制器也给“自己”一个主用令，但由于控制器存在大故障，所以仅进行信息接收与处理，不输出控制信号。主用权交割与夺取不同，其实现逻辑为：当主用控制器判断自身或控制对象出现大故障时，会向备用控制器开出本机大故障信号，同时判断备用机是否存在大故障，若备用控制器无大故障，主用控制器将自身主用态置零；如果备用控制器已在之前出现大故障，调速器仍将保持当前控制器为主用，用于接受、处理信号，不进行控制，控制方式变为电/机手动控制。

2.4调速器液压跟随故障智能诊断方法

为了从理论上对控制系统进行定性分析和定量计算，首先要建立系统的数学模型。调速系统液压随动系统由电液转换元件、液压控制元件和执行元件等组成。为了使控制系统的表示既简单又明了，在控制工程中一般绘制控制系统的框图进行分析研究。水轮机调节系统是一个闭环系统，水轮机控制系统自身也是一个闭环系统。在调速器液压随动系统中，比例阀属于一个电液转换单元，理想情况下相当于一个比例环节;主配属于一个液压放大单元，理想情况下相当于积分环节和一个比例环节串联;主接属于一个液压执行单元，理想情况下相当于一个积分环节。调速器主接、主配及比例阀液压跟随故障是指液压随动系统由于受传感器损坏、脱扣、断线，阀芯卡涩或者液压系统失压等因素影响，导致主接、主配及比例阀的阀芯位置在电控系统控制下，未正常跟踪位置给定控制信号，出现控制异常的一种故障现象。基于调速系统液压跟随故障的智能诊断方法广泛适用于采用比例阀、主配作为电液转换和液压放大环节的水轮发电机组，有效解决了当前水轮发电机组调速器液压随动系统故障诊断技术落后，判据不合适，容易出现液压跟随故障误判、迟判和漏判的问题，避免发生故障因诊断不及时或错误导致事故扩大的情况，进一步保障了水轮发电机组安全稳定可靠的运行。值得一提的是，该方法还具有自我学习式的智能诊断功能，可明显提升调速系统故障智能诊断和处理水平，为设备精益化运行维护提供有力支撑，进一步有效保障水轮发电机组和电力系统的安全稳定优质运行。

2.5新型故障存储技术

新型故障存储方式是基于调速器现场控制器PCC内部的PVI通信机制，通过调用控制器中的保持型故障存储区域写入所需数据，在设备掉电时，没有丢失数据风险。在调速器PCC存储区域中，维护人员可以编写相应程序，记录故障发生前后一定时间内调速器内部的重要数据，数据的存储速率完全与PCC运行速率一致，数据的采样精度可以得到有力保证。系统故障记录数据量的大小可以人工设定，经过测试后确认PCC内存使用率在新功能投入期间变化量较小，PCC运行未受影响。根据设定，故障记录条目数超过一定限值时，系统可以自动删除第一次故障发生时的数据，数据保存至配置的外部存储卡。维护人员可以使用调试电脑将数据拷贝至本地，便于及时分析故障原因。在故障发生后，调速器PCC可以自动绘制出相应的波形文件。维护人员也可使用专门的数据导出软件，将故障数据导出至调试电脑生成Excel文件，用于数据展示或绘制故障前后的波形。

结语

总之，采用多样化的调试方法，可以提高调速器调试和维修的强度，满足水轮机调速器的需要。

参考文献

[1]王月.浅谈水电站水轮机调速器的调试与维护[J].科技与企业,2014(08):364.

[2]杨俊,向泽毅,丁立川,吴鸿.水电站水轮机调速器的调试与维护[J].设备管理与维修,2019(04):86-88.

[3]刘洋.水电站水轮机调速器的调试与维护[J].电气技术与经济,2021(01):49-51.