探讨水电厂调速器的运行

摘要：水轮发电机组的重要控制设备之一就是水轮机调速器，水轮机调速器运行的安全以及可靠对水轮发电机组的性能产生直接的影响， 同时也关系到电能质量和电力系统的稳定运行。随着水电厂水轮发电机组的不断发展和巨型化，对调速器的运行要求在不断的提高。本文通过对水电厂调速器运行原理分析，并提出了调速器常见故障以及处理措施，以期更好的推进水电厂工程建设的顺利有序发展。

关键词：水电厂调速器工作原理故障措施

中图分类号：F407文献标识码： A

前言

调速器在运行的过程中要求对电源以及负荷之间的平衡进行经常保护，此外，电能生产过程中的重要任务就是对电能的质量进行保证。电压以及频率是衡量电能质量的主要指标，其次是波形。频率的偏差将严重影响电力用户的正常工作。对电动机来说，频率降低将使电动机的转速下降，从而使生产率降低，并影响电动机的寿命；反之，频率增高将使电动机的转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。

华能澜沧江水电有限公司糯扎渡电站位于云南省普洱市思茅区和澜沧县交界处的澜沧江下游干流上，是澜沧江中下游河段梯级规划“两库八级”的第五级电站。电站共装设9台单机容量为650MW的水轮发电机组，总装机容量为5850MW。电站调速器控制系统由南瑞提供，主要包括电气柜、机械柜、油源控制柜、压力油罐、液压阀组等。

一、控制系统介绍

1、电气控制部分介绍

电气控制部分采用南瑞SAFR-2000H系列水轮机调速器电气调节装置，它是基于可编程控制计算机PCC和实时操作系统支持的水轮机调节器。适用于混流式水轮机发电机组的转速调节、有功功率调节水轮机的运行控制。具有频率调节模式，功率调节模式及开度调节模式，并依据不同工况自动选用。具有自动水头和人工水头双重输入，可通过网络设定，从而有效克服水头波动及水位变送器失效的影响并保证无扰动切换。能够根据水头修正启动开度、空载开度、开度限制。具备人工失灵区(ε)和调差系数(bp)的在线实时修正功能。具备现地控制和上位机远方控制双重功能，并能实现无扰动切换。柜内设有2套PCC控制器，实现了设备的冗余控制。

2、液压控制系统介绍

液压控制系统主要包括两个比例伺服阀SV1、SV2、切换阀EV1，紧急停机阀EV2和EV3，主配压阀FC5000，分段电磁换向阀EV4及其控制回路组成。该系统采用双伺服比例阀和双紧急停机阀，实现冗余控制，提高了系统运行的可靠性。

3、油压装置系统介绍

油压装置系统是由压力油罐，回油箱，油泵，电机，油泵出口阀组，双筒过滤器组成封闭的循环油路，通过PCL控制器实现油压装置系统的自动运行，可保证调速器控制系统压力维持在正常水平5.8Mpa―6.3MPa之间，为调速器液压调节装置提供控制及操作压力油。回油箱内净油区的清洁油经过油泵的吸油管吸入，升压后送至压力罐内。正常工作时压力罐的上部为压缩空气，下部为压力油，罐内压力油通过压力油管路引出送到用油设备，回油则通过回油管路送到回油箱的污油区；净油区与污油区之间用隔离式滤网隔开。正常情况下，压力罐内装有2/3的压缩空气、1/3的液压油，压缩空气用于补偿系统压力的波动。油压装置上的自动补气、排气单元能够根据压油罐内油压力和液位的实际情况，自动进行补气、排气操作，使得压油罐内保持适当的油气比例。当压力罐内油压高于空气安全阀设定动作压力6.7MPa时，罐顶部的空气安全阀开始排气。为保证油压装置可靠工作，配有两台螺杆泵，为保证油泵及系统的可靠性，每台油泵装设具有卸荷、安全、止回以及截止功能的模块式阀组。油泵出口的阀组采用插装式结构，即安全阀、卸荷阀、单向阀组合在一起形成一个统一的阀组。该阀组特点是液阻小，通油能力大，动作灵敏，密封性能好，工作可靠。每台泵的出油口设置一个双筒切换过滤器，过滤精度在20um左右，提高了油液的清洁度。

二、调速器系统工作原理

调速器电气控制部分，液压控制系统，主机接力器及其附属设备共同构成了调速器系统的闭环控制系统。

调速器电气控制柜，主要采集外部输入的开关量、模拟量数据，并对它们进行数据处理，进入机组工况判别程序，根据机组不同的运行工况通过任务调度功能来调用相应的控制程序模块，经过调节计算输出导叶给定，然后将导叶给定和测得的导叶反馈经过导叶副环的PI调节以及输出限幅处理后输出控制信号。

机械液压控制装置的主要功能是将微机调节器的输出信号成比例的转换为调速器接力器的位移，以足够大的推力控制水轮机的导水机构动作。

机械柜收到电气柜输出信号后，输出控制信号到伺服阀功放板，用于放大控制信号，实现比例伺服阀可靠动作。此时系统控制油通过切换阀，紧急停机阀，伺服阀改变主配压阀控制腔压力，控制腔压力油控制主配压阀阀芯位移，实现接力器操作油路的导通，最终完成导叶接力器位移变化，导叶传感器将导叶位移实时位移数值反馈给调速器电气控制柜，完成调速器系统的闭坏控制。

手动控制回路：面板上的手动开关选择控制伺服阀1或伺服阀2，通过增减把手给伺服阀增减脉冲控制伺服阀阀芯位移，控制主配压阀阀芯的位移，最终实现接力器移动，通过主配压阀的自动复中功能来保证操作结束时接力器稳定不动。

紧急停机操作回路为：当出现机组事故紧急停机信号时，系统2个紧急停机电磁阀同时动作，切除手动和自动操作回路，主配压阀控制腔失压，阀芯位于关腔位置，实现导叶紧急关闭，确保机组可靠停机。

伺服阀发生故障时，切换伺服阀动作，实现故障伺服阀的隔离，完成控制油路的切换，可确保调速器控制油路的正常工作。

二、水电厂水轮发电机组调速器故障处理

1、故障处理条件

故障处理前应先根据现场实际工况做好安全措施，如果更换装置中电气器件，则必须切断所有电源及与外界的电气联接；如果需更换液压元件，除需断电外，还应断油，断油时应先关闭操作油路，再关闭控制油路，恢复措施时与此顺序相反，严禁带压工作，以保证人身及设备的安全。

2、故障处理

调速器系统的各正常功能都由调速器监测系统在持续地监测着，系统一旦发生某一故障，监测系统会发出报警信号，并将检测信号报监控系统，便于运行人员及时发现设备缺陷，利于维护人员及时处理分析故障原因。相应的故障处理参见下面的调速器系统故障及异常信息描述的方法进行：

（1）导叶反馈故障或者导叶主配位置反馈故障

对应状态：①故障灯亮；②模拟量输入模块红色LED 灯亮；④人机界面有故障信息说明。处理：检查接线或者更换变送器。

（2）功率故障

提供给功率变的PT，CT 断线或者功率变故障。对应状态：①故障灯亮；②若并网后工作在功率模式，则切换至开度模式。处理：检查接线或者更换变送器。

（3）功率给定故障

远方送来的模拟量信号故障。对应状态：故障灯亮；若并网后工作在功率模式，则切换至开度模式。处理：检查远方4~20mA模拟量信号是否送到相应的端子。

（4）齿盘测频故障

接近开关断线或者接近开关与齿盘安装距离过大。对应状态：故障灯亮；齿盘测频显示数据为50Hz。处理：检查接近开关接线；检查安装距离是否符合要求

（5）残压测频故障

PT 断线或者测频整形板损坏。对应状态：故障灯亮；残压测频显示数据为50Hz，测频方式切换为齿盘主用。处理：检查接线或者更换测频整形板。

(6) 自动开机时自动开机失败，自动开机流程退出

机组自动开机后，转速达不到额定转速，对不同调速器，可能有不同的原因：

调速器是否处于“自动”运行方式（包括电气柜和机械柜）；紧急停机令是否复归；系统是否有严重的故障报警信号；人工水头设置是否过大，造成机组空载开度小使机组转速无法达到额定转速；控制信号回路端子松动；液压元件存在卡涩。处理：更加现场工况逐一进行排查，在人工水头运行方式下，要注意实际水头与设定水头不能差别太大。

(7)负荷周期性波动

导叶位移传感器滑块脱落，导叶反馈信号端子松动。对应状态：机组负荷周期性波动，油压装置油泵启动间隔缩短。处理：检查现场传感器实际情况，紧固位移传感器滑块及反馈信号回路端子。

(8)导叶液压故障

伺服阀卡涩，导叶位移传感器滑块脱落。对应状态：报警界面显示导叶液压故障，伺服阀切换指示的点亮。处理：判断故障报警原因，若伺服阀卡涩，则应拆解卡涩伺服阀进行清洗或更换伺服阀；若滑块脱落，应对传感器滑块进行加固。

结语：综上所述，在水电厂水轮发电机组运行过程中，为了保证其安全运行，必须加强调速器的维护和故障处理，加强对调速器的日常维护，能够全面掌握一些常见故障的对应状态，能够根据状态准确的判断出调速器的故障， 并且针对故障采取有效的处理措施，从而对水电厂的安全和稳定运行进行保证。

参考文献：

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