浅析水电站水轮机调速器故障原因及处理建议

浅析水电站水轮机调速器故障原因及处理建议

发表时间：2018-11-16T20:38:38.737Z 来源：《基层建设》2018年第28期作者：孙亮

[导读] 摘要：就我国当前大部分水电站水轮机调速器的运行现状而言，大部分水轮机调速器长期处于较为恶劣的作业环境当中，且整个水电站处理系统对调速器的依赖程度比较大，这使得整个调速器装置长时期处于持续运作状态中，其运行故障也是水轮机调速器在运行过程中不可避免的一大问题。

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摘要：就我国当前大部分水电站水轮机调速器的运行现状而言，大部分水轮机调速器长期处于较为恶劣的作业环境当中，且整个水电站处理系统对调速器的依赖程度比较大，这使得整个调速器装置长时期处于持续运作状态中，其运行故障也是水轮机调速器在运行过程中不可避免的一大问题。总的来说，这些运行故障都会或多或少的给整个水电站处理系统带来不同程度的影响。基于此，如何在确保水电站处理系统运行质量及效率一定的基础之上，充分认识到水电站水轮机调速器在运作过程中存在的故障问题，并对其形成原因进行系统分析，进而制定出相关的故障处理方案，以保证整个调速器装置的安全、高效运行，已成为目前相关工作人员最亟待解决的问题之一。

关键词：水电站；水轮机；调速器；故障原因；处理建议

1、水电站水轮机调速器结构原理

大部分水电站调速器系统主要由五大部分组成：调速器电气柜、调速器机械柜、调速器液压操作及执行机构、调速器压油装置、测频装置。其中调速器电气柜包括：调速器电气柜主要由PLC、测频装置、显示触摸屏、输入板件、输出板件、接线端子、开关电源、切换把手等组成。调速器机械柜包括：调速器机械柜主要由伺服驱动器、液压操作及执行机构。液压操作及执行机构包括：伺服电机直线位移转换器、主配压阀、紧急停机电磁阀、双滤油器、两段关闭装置。油压装置包括：主要由调速器集油箱、压力油罐、压力油泵、压力油罐补气装置、压力开关、压力传感器、磁翻板液位计及管路阀门等组成。机组调速器测频回路有三路：一路为机组齿盘测速，一路为机端PT测频，另一路为母线PT测频。导叶控制原理是根据反馈值偏离给定值的偏差信号，微机调节器通过PID运算后的电信号经过伺服电机位移转换器转换成机械位移信号来调整导叶开度来改变进入水轮机的流量，从而控制水轮发电机组转速和出力。

2、水电站水轮机调速器的基本作用及运行功能特点

（1）水电站水轮机调速器的作用。①能够满足转浆式、冲击式、混流式水轮机工作调节的需求。②当水轮发电机组在电力系统的控制下工作时，调节器能够对水轮发电机之间的负载进行合理的分配，这样才能保证发电机组能够经济、正常的工作。③能够使水轮发电机进行快速的手动以及自动启动，即便是发电机组所收到的负载发生变化时也能正常工作。④能够保证水轮发电机的正常的转速，使其与额定转速之间的差距较小，保证了水电站发电机组能够按照一定的功率进行工作。（2）运行功能及特点。①操作力强。水轮机具有一定的发电规模，在运行的过程中其需要进出大量的水流以达到目的。水轮机调速器要对进水门进行有力的掌控，通过自身的运行维持水流的进出，因此水轮机调速器在运行的过程中具有着很强的操作力。②快速并网。可适时辨识运行状态中的空载、并网和孤立运行等情况，并且可以带孤立负荷，而且具有独特的残压测频，频率跟踪等功能，在应用中可以实现快速并网。水轮机调速器在运转的过程中可以根据电脑下达的指令自行调整机械的运行状况，是水电站自动化的重要部分，其在工作的过程中可以及时快速的完善并网任务，保障并网的顺利进行。③及时调节。水轮机调速器具有数字协联及波动控制的功能，能够按转速、水位或给定负荷进行自动调节。其具备的这一调节功不仅可以调节水轮机的速度，调节水流量，同时其还可以对有功功率进行合理的调节，对整个系统的运行过程都处于安全，平稳的有功功率下起到保障作用。

3、水电站水轮机调速器相关故障及引发故障的主要原因

3.1、工作电源电压故障及其引发的原因

以某水电站水轮机调速器运行装置为例，水电站工作人员在调速器安置工作中将整个处理系统的交流与直流操作电源均接入到水轮机调速器反应装置当中，当供电电能传递至调速器系统内时，电气调节器实时监测仪器所显示的电压数据为15v，这种电压值只有调速器在正常运行状态下电源电压的一半左右，由此可判定该水电站水轮机调速器工作电源电压存在故障。针对工作人员在接入交流直流电源过程中的作业流程分析，认为，这种调速器工作电源电压故障的最基本形成原因可分为两种：一种为交直流电源在接入过程中存在技术性与操作性问题；另一种为调速器电路电源板存在一定的运行故障。

3.2、调速器异常波动运行故障及其引发的原因

一些水电站水轮机调速器处于手动运行状态时，水轮机组可获得较为稳定、高效的运行，一旦切换至自动运行状态，则调速器会出现导叶、浆叶频繁调节的现象，且幅度较大，严重时会出现导致发电机组停机的事故，对整个水电站运行处理系统产生严重影响。水轮机调速器处于非自动运行状态时与自动运行状成下存在差异性运行特征，分析导致调速器机组波动与接力器异常性动作的主要原因不外两个方面：一个是电气方面，另一个是机械液压方面。（1）电气原因主要为：①导叶以及浆叶机械控制元件存在异常。②导叶以及浆叶在具体频率以及水位等方面的测量回路以及相关元件存在异常。③孤网以及电网在运行过程中出现较严重的频率波动，调速器属于频率调节模式，造成发电机组出现频繁性地调节。（2）机械液压原因主要为：①导叶以及浆叶在操作油外部管路存在严重漏油问题。②浆叶操作油内部存在严重窜油现象，或者导叶接力器内存在窜油现象。③浆叶或者导叶在具体机械控制元件上存在异常，或者主要配阀出现卡阻问题。

3.3、调速器在某一开度状态下发生机组失控故障及其引发的原因

与上面所述的机组波动误动动作大致相同，当水轮机调速器处理手动运行状态下时，水电站处理系统机组未出现任何故障问题，而当水轮机调速器在自动运行状态下处于某一特殊开度作业时，整个处理系统运行机组又会发生调节失灵与运行失控的故障问题。故障原因分析：水电站水轮机调速器在某一特定开度状态下呈现出误动与失控故障，而当调速器越过该开度值时，处理系统运行机组又会自动恢复到正常运作状态。这种故障现象意味着在水电站水轮机调速器运行装置中，反馈电流在该特定开度状态下为参与到运行过程中，调速器输出信号的失效进而也会导致整个水轮机调速器发生失控现象。在当前技术条件支持下，这种反馈电流未参与到反应处理过程中的最根本形成原因就在于调速器的反馈电位器装置线路接线处发生松动，这种线路连接的松动集中表现在某一特定开度状态下传输线路的脱空。这也是在对该种调速器故障进行分析与处理中需要特别加以关注的问题之一。

3.4、调速器导叶、桨叶故障及其引发的原因

水电站调速器电气柜掉电后重新上电，导叶、桨叶及水头一直处于故障状态，将导叶、桨叶切换至手动运行状态，测电源模块未输出