谈水电站机组水轮机调速器常见故障的处理

摘要：所谓常见故障是指调速器投运前或大修后经过调整、试验合格，能投入正常运行，在以后的正常运行中，由于调速器部件产品质量问题，机构松脱变位、机械杂质堵塞、参数设置改变等原因引起的故障。为帮助运行人员迅速判断故障原因和故障部位及时排除故障，本文列举了可编程调速器运行时可能发生的故障及处理措施。

关键词：故障；水流；电磁阀；调节；主配压阀；解决；

中图分类号：C35文献标识码： A

一、水轮机调速器基本概念

水轮机调速器是将水流的流量转换为转轴的旋转机械能的机器。近代水轮机主要作为水力发电的原动机。水流进入水轮机后，水流的能量便发生了改变，最后变成主轴旋转的机械能，这一过程，称为水轮机的工作过程。反映水轮机工作过程特性的一些参数，称为水轮机的工作参数。其中主要的工作参数有：水轮机工作水头、水轮机流量、水轮机功率、水轮机效率和水轮机转速。水轮机工作水头为水轮机进口截面水流单位能量与出口断面水流单位能量之差。水轮机工作时，除了需具有一定的水头之外，还要有一定的水量流过水轮机，单位时间流过水轮机既定断面的水量，就称为水轮机流量Q。（Q=Fv，其中F为水轮机过水断面面积，v为过水断面平均流速）。水流流经水轮机时，随着水流能量转变为转能旋转机械嫩，水流便对水轮机做功，单位时间内所做的功，在工程上称为水轮机的功率或出力。水轮机效率，就是水流能量的有效利用程度，要注意，水轮机是所有旋转机械中效率最高的设备远高于水泵、汽轮机等。

水轮机转速，水轮机主轴单位时间旋转的次数。水轮机额定转速是在设计时选定的同步转速。现代的水轮机一般按水流能量转换的特征分为两大类，即反击型和冲击型。目前我们多见的大多数为反击型，反击型里又有混流式、轴流式、斜流式、贯流式。一般来讲水头高的电站用的水轮机类型是混流式、例如三峡水力发电厂、小湾水力发电厂，水头略低的是轴流式，例如葛洲坝，还有的分定浆和转浆式，也就是浆叶的叶片能否调节，福建的孔头电站就是定浆的。水头再低一些，而且流量较大的流域就可以建设贯流式电站了，例如广西长洲（单机45MW）、广西桥巩（单击58MW）等。

(二）开机、并网及空载运行时常见故障

1．上电后出现电气故障无法开机 该故障的可能原因有：

（1）可编程控制器的运行开关未置于“RUN”位置，“RUN”灯未亮，可编程没有投入运行，可能导致电气故障灯亮。

（2）可编程控制器故障，此时可编程故障灯亮。导致可编程控制器故障有多种原因，主要的有模块故障，程序运行超时，状态RAM故障，时钟故障等。此时应先切手动，暂停运行，过一会儿再重新启动，一般即可恢复正常。如果是常驻性故障，应检查相关模块运行指示灯是否正常，对不正常的模块应进行更换。

（3）“电气故障”继电器接点粘连或继电器损坏。此时可检查可编程控制器“电

气故障”端子是否有“电气故障”的信号输出（即观察可编程对应输出端口指示灯是否亮）即可判断是否继电器的问题。

（4）测频故障导致“电气故障”灯亮，观察显示屏是否显示“机频故障”。

2．手动开机并网，切至自动后导叶全关

（1）水机自动屏/LCU的停机令未复归。

（2）电气部分连线接触不良、元件损坏。如PLC的调节输出电压未送至综合放大板，功率管损坏短路，或调节阀的线圈与控制信号线接触不良等。

（3）若调节器输出有开机信号，则可能是电液转换部件卡在关机侧，清除电液转换部件故障。

3．发开机令后调速器不响应

（1）调速器没有切为自动状态。手动状态时，切除了电气部分对机械部分的控制，上位机指令不起作用。

（2）紧急停机电磁阀没有复归。由于采用具有定位功能的两位置电磁换向阀，紧急停机信号解除后，电磁换向阀保持在原紧停位置，必须在复位线圈通电后，紧急停机功能才能解除。

（3）水机自动屏/LCU的停机令未复归。电站试验、事故检查后，易发生停机令未解除的情况，停机令级别高于开机令，调速器执行停机令。

（4）电液转换部件被机械杂质卡住。在机组运行初期易出现。

4．开机后，机组频率稳定值小于50HZ

（1）调速器未投入跟踪网频时，频率给定值小于50HZ时。可人工调整（增加）按频率给定值调节机组频率；若自动准同期装置投入也会增减频给。

（2）空载开限值小于实际空载开度，故机组频率小于50HZ，适当调大空载开度限制值。 （3）人工给定水头信号时，可能水头给定值偏小，导致空载开限低，调整水头值。

5．机组自动空载频率摆动值过大

（1）如果手动空载频率摆动值过大，例如：在0.5～1.0HZ，而自动空载频率摆动在0.5HZ以上，这是由于机组结构和水流等因素造成，调整调节参数KP、KI和KD有可能使空摆减小一些，调整原则是使调速器动作加快。即适当增大KP和KI整定值。增大KD效果比较明显。若摆动值偏大而且等幅摆动，周期短，可能是调节参数设置不当，适当减少KI。若摆动值偏大，而摆动周期长，可能是随动系统放大系数偏小所至，适当增大随动系统中的放大系数。

（2）调节参数设置不当

积分系数偏大：积分系数过大系统表现为较大的滞后特性，机组频率可能出现较大的等幅振荡； 比例系数偏大：比例系数过大，意味着较的频率偏差也会有较大的调节信号输出，因过调节而造成机频多次振荡。

（3）随动系统放大倍数偏小，死区补偿不足。由于中位密封的需要，各种液压滑阀处于中位时有一定的搭叠量，控制时需由电气部分进行死区补偿。较大的死区会使得机组频率等幅振荡，死区越大，振荡幅值越大。

（4）机组频率信号源受到干扰，导致机频无规则的摆动。常见的问题有：频率线未用屏蔽线或屏蔽线接地不良，或一根频率线悬空；频率信号线与动力线近距离并行；在机组首次开机时残压太低；电站中大功率电气设备启停、直流继电器或电磁铁吸/断造成的强脉冲电磁干扰等。

（5）接力器与导水机构间有过大的机械死区。这种情况下，调速器手动时机组频率摆动可达0.2～0.3Hz甚至更大，自动时机组频率摆动则大于或等于上述值，调节PID参数也无明显效果，应停机检查并处理。

（6）导叶位移传感器松动或在某区域接触不良，使得反馈信号不是随接力器的行程线性变化，甚至造成反馈信号无规则的跳动。

（7）调速器至接力器的油管路中存在空气，导致接力器的不规则抽动。

（三） 机组带负荷运行时常见故障

1．溜负荷

所谓溜负荷是指在系统频率稳定，也没有进行减负荷操作的情况下，机组负荷全部或部分自行卸掉。其原因可能有：

（1）电液转换部件卡在偏关侧，此时开机侧线圈虽有电压，而接力器却一直向关机方向运动，导致机组负荷全部卸掉。

（2）综合放大板开启方向功率放大管损坏，造成调速器只能关，不能开。当系统频率稍高时，调速器会不断自行关小导叶，使机组卸掉部分负荷；但当系统频率稍低时，它又不能开大导叶，增加负荷。对此情况，可以人为增减功率给定，检查接力器开度能否随之增大减少，就可作出判断。

（3）导叶位移传感器因定位螺钉松动，导致传感器传动部分移位，致使传感器输出的反馈值大于实际导叶开度，此时，并网运行机组将自行卸掉部分负荷。

（4）因干扰或其他原因导致机频的测频出错。若瞬时的干扰使调速器测得一个较高频率，则调速器因频率升高而关闭导叶，由于功给仍保持原值，导叶又会慢慢恢复到原有开度。

与溜负荷相对应的是自行增负荷故障，其原因与上述分析类似，但方向相反。

2．接力器抽动

其故障原因可能有：

（1）位移传感器松动或在某区域接触不良，使得反馈信号时有时无，产生错误的反馈信号，引起接力器的抽动。

（2）随动系统死区补偿过大，使接力器在调节时出现过调，导致抽动。

3．负荷突减至零并能稳定运行

（1）一般是断路器辅助接点接触不良。

（2）可能是断路器位置信号回路断开。

4．调速器不能紧急停机

调速器不能紧急停机的主要原因可能有：

（1）紧急停机令没有送到微机调速器的相应输入端。可观察紧停指示灯是否亮或用万用表测量。

（2）紧急停机信号未送达紧急停机电磁阀线圈。可测量紧急停机电磁阀线圈插头是否带电。如未带电，可能是相应连接线连接错误或接线松动。

（3）如紧急停机电磁阀线圈插头有电，而接力器不关机，则可能是紧急停机电磁阀故障或损坏。可检测线圈电阻以判断线圈是否断线。如线圈正常，应检查电磁阀芯是否卡死，液压系统有无故障。

（四） 甩负荷及停机过程中的不正常现象

（1）甩负荷时，机组转速上升过大，超过调保计算给定值。可能是调整关闭时间的限位机构松动，使接力器关闭过慢，重新调整接力器关闭时间。

（2）甩负荷时蜗壳压力上升过大，超过调保计算值，可能是调整接力器关闭时间的限位机构松动。使接力器关闭过快。重新调整接力器关闭时间。

（3）甩负荷过程中，超过3%的波峰多于2次且转速波动大，调节时间长，原因详见空载转速摆动值偏大一节。

（五） 水轮机调速器自检发现的故障及处理原则

现代水轮机调速器，不论大型中小型都设置有故障自诊断功能，大型调速器一般设置的检测项目多一些，灵敏度和准确率可能高一些，中小型水轮机微机调速器的设置的自检项目数少，各调速器厂生产的产品还不尽相同，但一般设置了如下故障自诊断项目：

（1）机频和网频信号输出突然消失或变化；

（2）导叶位置传感器输出突变或消失；

（3）水头信号突变或消失；

（4）主配压阀卡阻；

（5）电液随动系统故障（包括电液转换部件故障）；

（6）计算机主要模块故障。

微机调速器检测到以上故障后，均会自动作出处理，各生产厂家的处理措施不尽相同，但一般产品产品说明书中会说明故障的相应处理措施。不论那种自检出的故障，都会以有故障报警信号送到中控室或上位机，运行人员接到报警以后，无论调速器是否自动排除故障，运行人员都必须检查故障是否排除，未能排除的故障应即时处理。

参考文献：

[1] 付雪辉. 浅谈长洲水利枢纽电站南瑞SAFR-2000型调速器的优缺.2009年12月第28卷第6期.

[2]广西长洲水利枢纽工程水轮机及其附属设备安装说明书.