宇文磊縣

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)相繼有一些中小型水電站建成投產(chǎn)，這部分水電站的投產(chǎn)，有效的緩解了當(dāng)前我國(guó)電力供應(yīng)緊張的問(wèn)題。水輪發(fā)電機(jī)是水電站電力生產(chǎn)中重要的設(shè)備，只有水輪機(jī)能夠穩(wěn)定、正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，才能確保水電站生產(chǎn)效益的實(shí)現(xiàn)。但在水電站電力生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行影響因素的因素較多，特別是調(diào)速器機(jī)械故障的發(fā)生，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有十分嚴(yán)重的影響。文中從水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器故障及抽動(dòng)類(lèi)型入手，對(duì)調(diào)速器主配壓閥抽動(dòng)故障原因進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)故障排除措施及效果進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；調(diào)速器；主配壓閥；故障；對(duì)策

前言

水電站在電力生產(chǎn)過(guò)程中水輪發(fā)電機(jī)是不可或缺的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，對(duì)水電事業(yè)的發(fā)展具有極為重要的意義。在水輪發(fā)電機(jī)組中，調(diào)速器作為調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速重要部位，只有調(diào)速器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，水輪發(fā)電機(jī)組才能正常的運(yùn)行，為水電站的電力生產(chǎn)創(chuàng)造良好的效益。但在實(shí)際運(yùn)行中，調(diào)速器故障發(fā)生率較高，一旦調(diào)速器不能正常的運(yùn)行，則會(huì)導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以需要針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器的故障進(jìn)行詳細(xì)的分析，并對(duì)其采取必要的處理措施，確保水電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

1 水輪機(jī)調(diào)速器故障分析

文中針對(duì)某水電站中水輪機(jī)組調(diào)速器改造后的故障為例，對(duì)調(diào)速器故障進(jìn)行具體的分析。該水電站調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的主要?jiǎng)佑貌捎玫臄?shù)字閥式水輪機(jī)調(diào)速器，同時(shí)為了能夠有效的提高發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率，對(duì)該水電站的5號(hào)機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行了改造。改造完后調(diào)速器在投入使用后發(fā)生了主配壓閥抽動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)機(jī)組的性能帶來(lái)了較大的影響。所以在對(duì)主配壓閥維修過(guò)程中，將主配放大系數(shù)調(diào)小，抽動(dòng)現(xiàn)象消失，但該機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，又發(fā)生了抽動(dòng)現(xiàn)象，而且有功波動(dòng)也較為頻繁，但此時(shí)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)后波動(dòng)現(xiàn)象并沒(méi)有得到緩解，將有功調(diào)節(jié)到108MW時(shí)，有功波動(dòng)才得到緩解，所以初步判斷導(dǎo)致抽動(dòng)故障發(fā)生的原歷可能是主配壓閥的反饋位移傳感器存在問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行更換后正常運(yùn)行，但一周后抽動(dòng)故障又再次出現(xiàn)。所以針對(duì)于這一故障的存在，為了能夠?qū)⒃摴收系玫綇氐椎慕鉀Q，則需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組進(jìn)行全面的檢查，從而將導(dǎo)致調(diào)速器故障的根本原因找出來(lái)，徹底的排除故障。

2 抽動(dòng)類(lèi)型

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)組開(kāi)機(jī)、空載或是動(dòng)行自動(dòng)平衡狀態(tài)下時(shí)，導(dǎo)葉接力器會(huì)出現(xiàn)快速往復(fù)的等幅或是非等幅位移，而且還伴隨著較大的響聲，抽動(dòng)幅度較大，頻率較高，這就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速的正常調(diào)節(jié)受到影響，負(fù)荷變化的速度較快，對(duì)機(jī)組及電網(wǎng)運(yùn)行的安全性帶來(lái)較大的影響，導(dǎo)致這種情況發(fā)生的根本原因，多為電氣故障、液壓卡阻。

3 調(diào)速器主配壓閥抽動(dòng)故障原因分析

在對(duì)調(diào)速器的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，我們主要對(duì)其硬件和軟件進(jìn)行了分析研究。對(duì)于軟件來(lái)講，我們認(rèn)為其濾波功能不夠完善，且負(fù)載功率調(diào)節(jié)死區(qū)過(guò)小，這些問(wèn)題都對(duì)主配壓閥抽動(dòng)故障的發(fā)生起到一定的推動(dòng)作用。而對(duì)于硬件方面，我們利用一定的方法對(duì)其比例伺服閥的控制進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)計(jì)算我們得出在發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的時(shí)候，調(diào)速器的整機(jī)放大系數(shù)、PID計(jì)算值、導(dǎo)葉開(kāi)度反饋值、位移反饋方法系數(shù)以及位移反饋值等參數(shù)都應(yīng)該是處于固定不變的狀態(tài)中。但如果位移反饋值是一固定的工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)完成后，主配壓閥的閥芯回到中間位置，主配壓閥位移傳感器也回到零點(diǎn)位置，由于現(xiàn)在調(diào)速器主配位移傳感器使用的是主配壓位移傳感器，該傳感器是導(dǎo)電塑料電阻軌型，觸點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間在導(dǎo)電塑料導(dǎo)軌的某一點(diǎn)摩擦?xí)斐山佑|不良。降低了主配壓閥閥芯回到中間平衡位置的精度，造成調(diào)速器引導(dǎo)閥不可能回到中間平衡位置，而是在死區(qū)的臨界位置來(lái)回波動(dòng)，使得調(diào)速器調(diào)節(jié)頻繁，引起主配壓閥抽動(dòng)。更換同型號(hào)的主配位移傳感器，抽動(dòng)現(xiàn)象暫時(shí)消失，運(yùn)行一段時(shí)間后又會(huì)出現(xiàn)同樣的情況，在不更換主配位移傳感器的情況下，通過(guò)調(diào)整調(diào)速器比例閥導(dǎo)葉開(kāi)、關(guān)放大倍數(shù)和主配壓閥位移反饋放大系數(shù)，可使抽動(dòng)減弱，但抽動(dòng)現(xiàn)象難以根本解決。導(dǎo)葉反饋位置安裝不合理，水輪發(fā)電機(jī)組在開(kāi)機(jī)時(shí)震動(dòng)較大，導(dǎo)葉反饋與導(dǎo)葉接力器為拉桿式硬連接，從而導(dǎo)致反饋抖動(dòng)較大，抖動(dòng)變化值在0.3～0.8之間。導(dǎo)葉反饋的抖動(dòng)引起比例閥控制輸出的迅速變化，由于導(dǎo)葉反饋的變化是震動(dòng)干擾信號(hào)，控制系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行收斂控制，比例閥控制輸出的迅速變化導(dǎo)致調(diào)速器主配活塞的上下抽動(dòng)。

4 故障排除措施

4.1 調(diào)速器系統(tǒng)硬件處理

4.1.1 更換主配小反饋

采用大流量比例閥內(nèi)部的反饋耐壓型位移傳感器，該位移傳感器是根據(jù)差動(dòng)變壓器的原理工作的，套在線圈中的鐵心在耐壓管內(nèi)移動(dòng)，耐壓管可以承受最大到31.5MPa的壓力，能適應(yīng)對(duì)壓力介質(zhì)中的某一段進(jìn)行位移測(cè)量，測(cè)量過(guò)程是無(wú)接觸和無(wú)磨損的，分辨率高且不受限制。放大器集成在閥體內(nèi)，并根據(jù)相應(yīng)的行程進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳感器由DC12V電源供電，并產(chǎn)生0～DC10V電壓作為輸出信號(hào)。

4.1.2 導(dǎo)葉反饋傳感器安裝在振動(dòng)相對(duì)較小位置

利用機(jī)械變換裝置在水車(chē)外進(jìn)行反饋傳感器的安裝，這樣即使水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中有振動(dòng)產(chǎn)生，也不會(huì)對(duì)導(dǎo)葉反饋信號(hào)產(chǎn)生影響，從而有效的避免了在振動(dòng)下對(duì)信號(hào)干擾的產(chǎn)生。

4.1.3 消除電磁干擾

要想有效的消除電磁所帶來(lái)的干擾，則需要對(duì)調(diào)速器的電器柜殼體接地進(jìn)行有效的處理。同時(shí)將反向、續(xù)流的二極管接在外部直流繼電器或是電磁閥線圈上，并將阻容吸收器件接在接點(diǎn)兩端的位置，從而達(dá)到消除電磁干擾的目的。

4.2 調(diào)速器系統(tǒng)軟件處理

4.2.1 在PLC程序中對(duì)比例閥的濾波處理

對(duì)比例閥進(jìn)行濾波處理時(shí)，則需要在負(fù)載、非頻率調(diào)節(jié)且開(kāi)度偏差小于5 時(shí)，同時(shí)還要在延時(shí)10s后進(jìn)行處理，并且可以在觸摸屏中對(duì)其大小進(jìn)行設(shè)置。

4.2.2 對(duì)數(shù)字閥的控制進(jìn)行修改

一旦數(shù)字閥調(diào)節(jié)進(jìn)入到開(kāi)度死區(qū)時(shí)，同時(shí)可以在觸摸屏中對(duì)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，然后進(jìn)行延時(shí)輸出。

4.2.3 對(duì)調(diào)速器的控制

在調(diào)速器可編程邏輯控制器（PLC）進(jìn)行相應(yīng)處理。負(fù)載開(kāi)度調(diào)節(jié)工況或者電手動(dòng)工況下，假如控制輸出與實(shí)際開(kāi)度的差值小于3 ，則修改主配反饋放大倍數(shù)為1，并且當(dāng)主配位移變化超過(guò)100個(gè)數(shù)的時(shí)候，限制其計(jì)算值最大為100。

4.2.4 設(shè)置抖動(dòng)報(bào)警功能

對(duì)于抖動(dòng)報(bào)警功能，可以在程序中進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)觸摸屏中進(jìn)行報(bào)警功能、幅值、抖動(dòng)次數(shù)及時(shí)間的設(shè)置，而且將報(bào)警信號(hào)上送到監(jiān)控上位機(jī)，這樣有利于運(yùn)行人員監(jiān)視工作的開(kāi)展。

5 處理效果分析

對(duì)于調(diào)速器抽動(dòng)故障的問(wèn)題，通過(guò)更換了高可靠性及高測(cè)量精度的位移傳感器，并對(duì)PLC程序進(jìn)行了升級(jí)優(yōu)化，水輪機(jī)調(diào)速器主配壓閥抽動(dòng)故障得到有效的解決，水輪機(jī)組運(yùn)行十分穩(wěn)定，性能良好。

6 結(jié)束語(yǔ)

在水電站發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)速器發(fā)揮著非常重要的作用，不僅對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性有著重要的影響，而且還直接關(guān)系到水電站正常生產(chǎn)的進(jìn)行。所以需要對(duì)調(diào)速器主配壓閥抽動(dòng)這一較為常見(jiàn)的故障進(jìn)行深入的分析，從而找出導(dǎo)致這一故障發(fā)生的根源，并采取科學(xué)有效的方法進(jìn)行排除，確保故障得到根本性的解決，使水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行能夠得到有效的保障。

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