調速器改造過程中存在的問題分析與處理

鄒杰

（湖南水運建設投資集團有限公司，湖南長沙410011）

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調速器改造過程中存在的問題分析與處理

鄒杰

（湖南水運建設投資集團有限公司，湖南長沙410011）

通過大源渡水電廠調速器改造竣工調試過程中出現的異常情況分析及處理過程。分析了調速器改造后出現異常情況的原因，提出了改造時需要注意的事項。

調速器；改造；故障分析處理；PSWST-PLC

0　引言

1　調速系統(tǒng)技術改造的必要性

1.1調速系統(tǒng)故障不滿足機組和電網的安全穩(wěn)定運行

《湖南電網110 kV及以下電壓等級并網中小型公用電廠運行考核監(jiān)管辦法（試行）》（湘電監(jiān)供電[2009]48號文）規(guī)定：“水電機組允許強迫停運次數1次/年，允許等效非計劃停運時間24 h/年。”而今年因調速系統(tǒng)電調故障引起的事故停機已達3次，為保證機組和電網的安全穩(wěn)定運行，必須對調速系統(tǒng)已發(fā)現的易故障點進行技術改造。

1.2電氣元器件接近使用年限，運行不穩(wěn)定

原有電氣部分元器件經過十多年運行，由于線路長期發(fā)熱、絕緣老化、金屬氧化等原因，造成電阻增大，尤其是接觸面，嚴重的會導致接觸不良。同時，原電氣元件已接近使用年限或超過使用年限，電子及電氣元件運行不穩(wěn)定，隨時可能損壞或出現故障，存在較大安全隱患。

1.3產品升級換代，配件不兼容

近年來，調速系統(tǒng)技術發(fā)展很快，隨著技術的進步，原型號調速系統(tǒng)已經升級換代，有些原配件已不再生產，只能采購升級換代后的配件，而升級產品與原系統(tǒng)又存在不兼容的情況，這就增加了技術協(xié)調難度。同時，國內燈泡貫流式水輪發(fā)電機組及其調速系統(tǒng)技術已經發(fā)展成熟，例如，廣西橋鞏水電站裝機8臺單機容量為57MW的燈泡貫流式機組，水輪機轉輪直徑Φ7.4m；廣西長洲水電站裝機15臺單機容量為42MW的燈泡貫流式機組，水輪機轉輪直徑Φ7.5m；這兩個電站的調速器及油壓裝置均由國內廠家供貨，目前兩個電站均已投產發(fā)電，運行效果良好，這就給我們改造大源渡電站調速系統(tǒng)設備奠定了堅實的基礎。

1.4維護困難，成本高

隨著我國經濟的快速發(fā)展,對應用數學專業(yè)的人才需求和要求亦有顯著提升。越來越多的實際工作崗位不僅要求應用數學專業(yè)的人才具有較強的邏輯思維和抽象思維能力,更需要具有較強的創(chuàng)新能力和綜合應用能力。概率論作為應用數學專業(yè)的核心課程之一,是專門研究客觀世界中隨機現象的數學分支課程,其突出特點是既有嚴密的數學基礎,又廣泛應用于自然社會人文等眾多領域,與眾多學科具有密切聯系。因此概率論課程在培養(yǎng)學生理論聯系實際和創(chuàng)新創(chuàng)造能力等方面,起著非常重要的作用。

由于調速系統(tǒng)均為進口產品，備品備件及易損件均需從國外采購，價格高，采購周期長，如需外方專家提供技術支持時，外方專家不能短期到達，且技術服務成本高（2012年時，外方專家每人每天約需3 000元人民幣），協(xié)調難度大。

2　改造后調速器系統(tǒng)的新增功能和改善功能

2.1新增功能

（1）原調速器控制系統(tǒng)不具備一次調頻功能，改造后的PSWST-PLC型調速器具備了一次調頻功能，滿足了電力系統(tǒng)對電廠的新要求。

（2）增加了重錘卸荷閥以取代原失效緊急停機旁通閥的作用，在電氣、機械過速時保護動作，在導葉主配拒動且機組轉速大于115%時動作，此功能的增加，使電廠水機保護滿足了安全運行的需要。

（3）改造前導葉主配僅由比例閥控制，運行過程中如調速器失控導葉不能手動關閉。改造后導葉主配由比例閥和數字閥共同控制，當調速器失控時，可在機手動方式下直接操作數字閥將導葉關閉，可避免調速器失控。且導葉關閉時，槳葉協(xié)聯關閉避免機組的異常震動。改造前調速器系統(tǒng)手動模式操作導葉，槳葉不協(xié)聯動作，機組震動較大。

（4）改造前的調速器功率反饋值由現地信號控制模塊采集，當模塊出現通訊故障或復歸告警時，信號采集將出現故障，機組有功反饋開環(huán)，造成機組溜負荷；改造后的調速器系統(tǒng)增加了一套功率變送器，新增加的功率變送器直接將機組有功信號反饋給調速器控制器，且當出現有功反饋信號故障時，調速器保持不動，保障機組平穩(wěn)運行，改變了原調速器的缺陷。

2.2改善功能

PSWST-PLC型調速器在機組負載運行時，當導葉反饋信號、轉速反饋信號故障或消失，調速器電源消失，導葉接力器不動，使機組維持故障信號前的運行狀態(tài)；改造前的調速器在以上異常情況下，均動作于機組緊急停機，這樣既不利于機組的安全運行，也導致了電廠的非計劃停運考核小時數增加。新的調速器系統(tǒng)大大減少了電廠機組非停的概率，調速器系統(tǒng)原理如圖1。

圖1　調速器原理圖

3　機組改造過程中存在的問題

3.1改造后的調速器系統(tǒng)與監(jiān)控裝置之間的通訊配合

故障現象：大源渡水電站機組監(jiān)控系統(tǒng)由通信及機組公共控制單元模塊AK1703；用于控制機組的自動開/停，以及機組輔助設備的投退的順控模塊；用于機組告警信號、跳閘矩陣處理、溫度監(jiān)視的安全模塊組成；通訊原理如圖2。其中AK1703模塊、順控模塊在機組運行與停機狀態(tài)下都能復歸。安全模塊只能在停機狀態(tài)下復歸。調速器改造安裝完成后，停機狀態(tài)復歸順控模塊，機組所有輔機啟動，調速器動作開啟導葉，瞬間所有輔機恢復至停止位置，調速器停止。

圖2　調速器通訊原理圖

分析處理：查看調速器事件清單，先后有“開機令”和“停機令”輸入，間隔時間5 s。改造之前，復歸順控模塊只有輔機啟動、停止，調速器不動。查看機組控制程序，發(fā)現重啟順控模塊后，機組控制系統(tǒng)會在輸出一個5 s的“開機”脈沖后輸出一個5 s的“停機”脈沖?！伴_機”令輸出后，機組進入開機流程，所有輔機開始啟動，同時調速器開啟導葉，因5 s的時間水輪機主油閥未來得及打開，調速器雖然動作于開導葉，但油壓不夠至導葉雖然動作，但開度很小，“開機令后的“停機令”讓機組重新穩(wěn)定回到停機狀態(tài)，也避免了出現事故。原來的MIPREG DGC600 C微機型電液調速器在順控模塊復歸后沒有動作，分析因為電廠的設備為整機進口，在啟停過程中設計了與監(jiān)控的時間配合，從而避免了復歸順控模塊導致調速器誤動。而新改造的調速器未設計時間配合，這也解釋了為什么改造后的調速器在復歸順控模塊后會誤動。經過討論，復歸順控模塊重啟后，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“開/停機令”會導致調速器誤動，不利于安全運行。將復歸順控模塊后，發(fā)“開/停機令”的程序刪除。刪除程序后再進行復歸操作，調速器可靠不動作。

3.2調速器導葉控制閥組控制回路故障

故障現象：在一臺機組無水調試的過程中，機手動控制模式下，可以通過電磁閥現地增減導葉開度，停止操作調速器控制閥組正常。機手動方式將導葉全關，調速器控制方式切至電手動模式，發(fā)現調速器控制屏導葉開度顯示在0~2%內擺動。

分析處理：開始判斷以為變送器存在誤差，但現地觀察發(fā)現導葉控制閥組確實存在連續(xù)異音，仔細觀察可發(fā)現主配閥芯上下移動。首先由廠家工程人員對機組的參數進行了核對，確認與已改造機組相同后，嘗試對參數進行了調節(jié)，主配閥芯在電動模式下仍然移動。分析閥組在機手動方式下運行正常，而在電手動模式下異常，可能系電手動模式下導葉比例閥控制輸入線路有干擾竄入，檢查導葉動作控制線路，發(fā)現一根導葉開啟控制線纜有破損，推測為開啟控制回路有電信號，使導葉動作開啟，而停機狀態(tài)的控制程序使導葉動作關閉，兩者不斷重復，導致了導葉不停地開關動作。將此控制輸入線纜用備用電纜替換。將控制方式切至電動，導葉主配壓閥運行正常。線纜損壞可能系電纜在運輸途中遭受外力或出廠就不合格；更可能的是因為施工人員在接線時由于各種原因的無意損壞，這就要求我們要注意不斷提高施工工藝。

3.3調速器硬件故障

（1）故障現象：調速器無水試驗測試槳葉動作時，槳葉位置不穩(wěn)，開度量飄移量達到2%，如果這種情況發(fā)生在機組運行狀態(tài)，勢必造成槳葉頻繁操作，給機組安全運行帶來隱患。

分析處理：槳葉比例閥控制回路故障破損，有干擾量竄入，導致槳葉比例閥有電信號送入而誤動。但槳葉在電動和手動模式兩種情況下，都存在同樣問題，排除控制回路故障破損。槳葉位置反饋回路存在故障，導致輸入PLC的槳葉反饋位置信號不穩(wěn)定，調速器根據給定值不斷自動調節(jié)槳葉位置造成了此故障現象，檢查槳葉位置反饋模塊AK288輸出信號，信號穩(wěn)定；檢查AK288至調速器PLC輸入模塊之間的槳葉位置隔離變送器AP512電流輸出信號，發(fā)現信號不穩(wěn)，更換AP512，故障排除。

（2）故障現象：槳葉動作緩慢，全開全關動作時間長，將槳葉開、關機時間機械調整螺母調制最短，依然無效。

分析處理：可能為壓力油系統(tǒng)壓力不夠，檢查調速器壓力油系統(tǒng)工作正常；檢查槳葉操作油腔氣體較多，反復通過平壓閥管道操作槳葉，將管道內氣體排凈后，測量槳葉全開全關時間，時間減少但遠遠高于正常值。分析槳葉比例閥被施工單位分拆過，可能是比例閥內部被污染，導致比例閥卡澀，致槳葉開關緩慢。重新更換安裝新的槳葉比例閥，再次測試槳葉開、關時間恢復正常。這次故障提醒我們調速器上的比例閥、數字閥在拆解、安裝過程中，一定要注意保護好，防止污染損壞，造成不必要的損失。

4　改造后的應用情況

改造后的調速器投入運行以來，運行平穩(wěn)，經過多次實際事件考驗，證明了改造后調速器新增、優(yōu)化功能的優(yōu)越性和必要性。改造后的調速器系統(tǒng)壓力油罐保壓時間更長，調速器油泵打壓時間周期由原來的2min左右延長至13min左右；調速器漏油泵啟動時間周期增長，由原來的1 h左右啟動一次延長至平均6 h左右一次，這些性能的改善既節(jié)約了能源也提高了調速器油泵、漏油泵的使用壽命。改造后的調速器投入運行以來，運行平穩(wěn)，經過多次實際事件考驗，證明了改造后調速器新增、優(yōu)化功能的優(yōu)越性和必要性。

5　結束語

調速器系統(tǒng)作為發(fā)電機組運行的的核心部分之一，與電廠安全運行密切相關。20世紀興建的水電廠調速器系統(tǒng)相當一部分從國外進口，這些系統(tǒng)設備進入老化期，進口設備備件的采購費用高昂?，F在國內調速器系統(tǒng)制造水平已經成熟，功能更加完善，調速器國產化改造成為許多水電廠的選擇。調速器改造中既有電氣部分的改造，也有機械部分的改造。改造之前，要熟悉電路接線，弄清與監(jiān)控、勵磁系統(tǒng)之間的邏輯關系，防止安裝完工后出現配合故障引發(fā)安全事故。改造之中注意提高施工工藝，加強設備安裝的管理，防止因為人為的失誤導致改造時間延長。

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TK730.4+1

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1672-5387（2016）02-0067-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.020

2015-06-26

鄒杰（1986-），男，助理工程師，從事水力發(fā)電廠運行、維護工作。