浅析电站调速器与调压阀的故障与处理

摘要：本文介绍了调速器跟调压阀液压组合的原理及特点,并对其在运行中常见的故障进行了分析及提出了相应的处理方法。

关键词：调速器调压阀组合应用

一、调速器与调压阀的结构与功能

1.调速器系统组成

YWT―600系列步进式可编程微机调速器的PLC采用日本OMRON公司生产的先进的CPM2A系列为其控制硬件主体,并采用了该公司生产的可编程汉化终端作为该调速器的主要操作和显示平台,使该调速器具备了完善的调节控制功能和友好的人机界面,分别由3大部分组成。

1) CPM1A―MAD02模拟量I/O单元有4路模拟量输入,可分别用来采集0~10 V的导叶开度、水头、机组有功功率等模拟信号,并将这些模拟量转换成数字量供给CPU单元进行运算及控制。

2) GFM41测频模块将由机端PT来的机组频率信号和由系统PT来的电网频率信号经滤波后转换成数字量,再由PLC的中央处理单元读取,再经PID运算后去控制导水机构的开或关。

3)电源变换模块将开关电源输出的DC24 V电源由DC―DC变换器转换为+5 V和+24 V电源,分别供频率测量模块和反馈电位器使用。

2.调压阀结构及功能

TFW―Φ350调压阀采用卧式布置,主要由阀体、阀盖、阀塞、密封座、油缸体、活塞和补气阀组成。调压阀的开启和关闭由油缸体和活塞组成的操纵油缸控制,该油缸通过油管与特殊配压阀连接。补气阀作用是当阀塞开启时,空气能均匀地进入阀体中的负压区,以减轻调压阀动作时的振动和噪音。调压阀的作用就是解决速率和压力升高的矛盾,使二者都控制在规范允许的范围内,即小负荷变化时,调压阀不动作;甩较大负荷时,调压阀开启,增负荷时,调压阀不起作用。

二、调速器与调压阀控制系统动作原理

调速器与调压阀液压联动主要是靠调速器中的特殊配压阀来控制,特殊配压阀活塞同时控制调速器接力器和调压阀的关闭和开启,确保两者动作协调可靠。特殊配压阀中设有A、B、C、D共4个节流孔,各孔作用分别为A确定调速器和调压阀慢关时间, B确定调压阀快关时间, C为确定调压阀全开行程, D确定调速器快关和调压阀快开时间(见图1)。

图1调速器与调压阀液压原理

1)机组缓慢减负荷时,配压阀中活塞位移量≤h,压力油只进入接力器关闭腔P3,接力器P2腔接通回油,于是接力器向关闭方向移动,机组减少出力。此时调压阀操作油缸P5腔通回油, P4腔通压力油,调压阀始终处于关闭状态。

2)机组甩负荷时,如配压阀活塞向上位移超过h值,压力油进入调压阀油缸P5腔,迫使调压阀开启,此时P4腔产生的压力油与通过节流孔A的压力油一同进入接力器P3腔,使接力器向关闭方向快速移动。当机组负荷平衡时,配压阀活塞回到中间位置,机组和接力器就处于某一位置不动,而压力油通过节流孔A进入调压阀P4腔关闭调压阀(而开启腔通回油),调压阀向关闭方向缓慢移动直至全关。

3)在机组甩负荷和紧急停机时,如果调压阀失灵拒动,机组只能通过节流阀A的少量压力油慢速关闭导叶,以保证引水管道压力上升不超过允许值。

4)机组增负荷时主配压阀活塞下移,压力油进入接力器P2腔,接力器P3腔通回油,于是接力器向开启方向移动,机组增加出力。此时调压阀操纵油缸P4腔仍然通压力油, P5腔通回油,调压阀始终保持关闭状态。

5)调压阀还具有快关功能,如机组甩负荷后,调压阀全开,而且又迅速增加负荷,主配压阀活塞向下移动时,压力油将通过2个节流孔A、B同时进入调压阀P4腔,使调压阀快速关闭,保持压力钢管流速不变,避免产生负压。

三、调速器与调压阀常见故障原因分析和处理方法

1.开机频率异常问题与处理

1.1开机后机组频率偏小

故障现象:开机后,机组频率跟踪不到网频频率,使机组达不到并网要求。

原因分析:调速器运行参数自动电气开度限制设置不合理,当前水位过低,人工设定的水头值与实际水头开度限制值不对应,当前开度限制值不能将导叶开到空载开度,因只有当机频大于45 Hz时,调速器才能进入空载PID调节状态。使机组跟踪电网频率,才能使机组频率迅速达到同期要求。

处理方法:在调速器触摸屏上切到机旁操作,适当增加开度限制值。

1.2开机后机频无显示

故障现象:开机令后,机组已经正常旋转但调速器触摸屏机频无显示。

原因分析:机频信号断线或测频环节故障。

处理方法:检查机组PT外部盘柜到调速器盘柜的机频信号接线是否完好,测频环节隔离变压器输出是否正常,如测得完好,说明GFM41测频模块损坏,需更换。

1.3开机后机频波动较大

故障现象:开机后,机组转速波动较大而机组频率显示在某一值没变化,或在上下频率偏差值较大范围变化,使机组无法并网。

原因分析:当机频显示值无变化是因为电源变换模块将开关电源输出的DC24 V电源由DC―DC变换器转换为+5 V和+24 V电源供频率测量模块和反馈电位器使用,当供频率测量模块输出电源不稳定或值小于+5 V时会出现此现象。或者是调速器接力器滑块带动推拉杆至控制环传动导叶转动部件受到卡阻,及导叶内卡有杂物,在这任一环节出现卡阻就会影响到调速器动作。此时调速器接力器接到开或关动作命令后,而实际导叶开度总是滞后一定时间,而此时接力器再次增大开或关命令,从而造成较大的超调量,使机组不能稳定在某一参考值内而反复动作。

处理方法:测量电源变换单元线路板中7、8脚的输出电源是否为+5 V。当测得此值小于+5 V时,更换电源模块,开机恢复正常。清除传动部件油污并加注黄油及油使转动灵活,停机后关闭进水主阀,清除导叶内杂物。

2.负载运行时出现负荷波动

2.1并网运行机组溜负荷

故障现象:机组负荷突降至零,并维持空载运行或此开度与输出功率不符。

原因分析:故障分别是由机组断路器误动作、导叶反馈断线或反馈漂移等引起的

处理方法:对断路器辅助接点采取可靠接触的措施,重新校对导叶反馈的零点和满度。

2.2运行机组超负荷

故障现象:机组超负荷运行,至机组过流或过负荷动作跳闸。

原因分析:负载运行时调速器是处于负载调节状态,此时当机组并网后调速器电开限程序自动将导叶开度限制值增加到100%开度值,当机频信号中断后,调速器就自动快速将导叶开度开到100%开度值。这会导致发电机过负荷(定子过电流),而机组电气保护动作而跳闸,对发电机运行是不利的。

处理方法:要求运行人员在带到额定满载负荷时,将调速器开度限制值减到略高于满负荷运行开度值,避免机组事故扩大。同时联系厂家要求更改调速器程序,使其具有自动容错功能,即当机组负载运行且机频丢失时,则自动取网频作为机频,稳定运行。如网频也同时故障时,则发出报警信号,并保持故障前开度不变。这样就可以确保机组安全稳定运行。

3.调压阀常见故障现象

3.1调压阀动作后不能关闭

故障现象:机组甩负荷跳闸且调压阀打开后,不能恢复到关闭状态。

原因分析:在动作过程中有杂物进入调压阀卡在阀塞密封处,或在动作过程殊配压阀活塞有卡阻不能返回到中间位,而使调压阀开启腔P5接通压力油,使调压阀保持打开状态。

处理方法:关闭主阀,检查调压阀密封是否有杂物并清理。关闭压力管主阀,在调速器机旁切到电手动操作到全开位,再按紧停按钮反复动作几次,使特殊配压阀活塞返回到中间位,此时观察调压阀活塞是否关闭到位。

3.2调压阀接力器漏油及漏水

故障现象:调速器总油量减少,使调速器蓄油罐气比例增大,造成调压阀关闭不到位、漏水及调速器动作抽动。在动作过程中使油、水混合进入调速器内,造成油变成乳白色。

原因分析:是调压阀接力器两侧内的油封及与阀塞相连的水封件破损造成。

处理方法:当出现上述现象时必须及时更换密封件,以免造成更大的损失。

结语：

调速器与调压阀是水电站发电的重要关键辅助设备,对它们存在的问题及提前判断处理是至关重要的,对其故障的排除迅速与否,直接关系着电站的安全运行和经济效益。