水轮机调速器介绍与故障分析及应对策略

红水河2015年第1期收稿日期∶2014-07-10；修回日期∶2014-09-28

作者简介∶李长灿（1984-），男，广西南宁人，工程师，学士，主要从事水电生产运行工作，E-mail ：licc127@ 。

水轮机调速器介绍与故障分析及应对策略

李长灿

（龙滩水力发电厂，广西天峨

547300）

摘

要∶以龙滩水电站为例，首先介绍了水电站调速器的设计特点和目的，对调速器的主要组成、工作原理、调节及控

制过程进行了说明；其次对龙滩水电站调速器常见故障进行了总结和原因分析，给出了可行的处理措施，实践证明对调速器的安全运行起到了保障作用，同时相关分析及措施亦可供其他水电站调速器运行与维护参考。关键词∶水轮机；调速器中图分类号∶TK730.4+1

文献标识码∶B

文章编号∶1001-408X （2015）01-0046-03

第34卷第1期2015年2月

红水河HongShui River

Vol.34，No.1Feb.2015

0引言

水轮机调速器是水电站进行机组出力调节的

重要设备，也是大型水电站中自动化控制的关键设备之一，其基本任务是供水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化或其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范围，并能迅速地稳定在新的工况下运行。

此外调速器还具有对机组进行正常的控制操作，保证机组安全、经济运行等功能。

1大型水电站调速器的特点

大型水电站调速器除具有一般自动控制系统设

备的普遍特征外，还有以下特点：

1）大型水轮发电机组尺寸大，过流量大，水流对导叶的作用力也大，因而控制导叶需要很大的操作力。

2）水电站水轮机调速器并不是单一的转速控制、

调节装置，除了完成水轮机转速自动控制、调节的基本任务以外，还担负着水电站水轮发电机组的开停机、加减负荷、一次调频、二次调频、调相、工况转换、事故（紧急）停机、两段（分段）关闭、机组超速控制等任务；水轮机调速器还作为PID 调节的执行元件，与电站计算机监控系统一起发挥自动发电控制（AGC ）和成组控制等稳控功能。

2龙滩水电站调速器介绍

龙滩水电站水轮机调速器采用的是法国AL-

STOM 公司“双冗余微机数字控制器+双冗余伺服比例阀电液随动系统+手动控制（获国家发明专利及实用新型专利）”的技术方案。调速器压油装置采用的技术方案是“插装阀结构（插装阀采用德国REXROTH 公司产品）+软启动控制装置（PLC 及软启动器采用法国Schneider 公司产品）。调速系统结构关系图见图1。

图１调速系统结构关系图

为了确保系统的可靠性，调速系统设置有主备两套电液转换器，两套完全相同的伺服比例阀同时根据电气控制信号动作，在自动控制回路之外另设

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置一套独立于伺服比例阀控制的手动控制液压回路，在调速器因电气故障而失控时，可通过手动控制回路维持对导叶的调控。为了确保在主配压阀失灵时仍能可靠关闭导叶，在主配压阀与接力器之间还设置有事故配压阀。调速系统结构框图见图2。

图２调速系统结构框图

2.1油压压力控制

油压装置由回油箱、压力油罐（气罐）、主工作油泵（2台）、增压油泵插装阀组等组成，本节重点介绍其中的增压油泵。

增压油泵采用螺杆泵，额定转速1470r/min，流量5.76m3/s，电机额定功率18.5kW，油泵采用立式布置安装在回油箱面板上，增压油泵采用连续运行方式，系统额定工作压力6.3M Pa，当油压下降至6.1 MPa时感压阀动作使压力油流向压力油罐,当压力达到6.3M Pa时感压阀复位，压力油经卸载阀流向油过滤器及油冷器之后再流回回油箱，达到油循环过滤冷却的目的。

由于增压油泵为连续运转，系统在向压力油罐供油及向回油箱排油间切换运行，频繁的切换动作如采用电气控制的阀件会降低系统工作的可靠性，为了系统能够稳定、可靠工作，控制阀组中设置了感压阀，直接通过液压回路控制油压，当压力油罐压力高于感压阀设定值时，感压阀控制插装卸载阀开启，压力油排至回油箱；压力油罐压力低于感压阀设定值时，感压阀控制卸载阀关闭，压力油泵恢复向油罐供油，全液压控制，无电气参与，通过液压回路直接控制油压，替代了油压压力开关，无需电气控制，完全实现自动调节调速系统油压。调速系统感压阀原理图见图3。

2.2机械液压部分

调速器液压系统采用的是HGS-H21-250-6.3型系统，该系统与微机型电气调节装置配合组成一套完整的微机型电液调速器，应用于巨型混流式水力发电机组的自动调节和自动控制。该系统的主要作用除实现水轮机转速的单机调节和控制外，还能实现水轮发电机组按程序设定的自动启动和停机、空载及并网带负载运行，并能在水轮发电机组运行中出现故障需调整机组运行状态时，进行手动与自动下达事故（紧急）停机及其他必要的一些机组保护控制指令，保证机组安全稳定运行。

图３调速系统感压阀原理图

水轮机调速器液压系统在设计上采用液压集成技术和流量控制以及相应的反馈技术，本套系统中的信号流主要是电气和液压两部分，由于电气信号的快速响应性、液压信号载体——

—油液的不可压缩性（因为油液的压缩量极微小，理论上认为其是不可压缩的），使得控制信号能快速、准确地到达执行机构，最大限度地降低了控制系统的控制死区并提高相应的控制精度。系统中大量应用液压元件，集成阀块、液压元件和功能部件之间的油路连接均采用O 形密封圈静止密封方式，保证了全部连接部位“无缝”对接。

2.3调速器电气部分

调速器配备的是以T.SLG型功能组合式数字控制器为硬件核心构成双冗余微机调节器装置，配套相应的调速器控制软件，软件采用当前第四代工业控制专用语言——

—基于功能块的应用编程软件包进行编程，软件的开发和其配套文件符合IEC1131国际标准的第三部分标准的要求。

调速器电气部分主要由具有双冗余功能的T.SLG数字控制器、独立的机组转速测量装置、15”M MI人机界面（彩色液晶触摸显示器）、电隔离器及频率变换器、软件开发及编程软件包（工程师工作站）、厂用交直流双路供电I/O电源系统、伺服比李长灿：

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