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水轮机调速器系统抽动故障及其消除策略研究

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：李杰

[导读] 摘要：随着社会经济建设的需要，以及人们对物质文化和精神文化生活追求的提高，对电力的需求也与日俱增。

        （甘肃电投河西水电开发有限责任公司甘肃省张掖市 734000）
        摘要：随着社会经济建设的需要，以及人们对物质文化和精神文化生活追求的提高，对电力的需求也与日俱增。发电有水利发电、火力发电、风力发电、核电等多种形式，其中以水利发电较为常见，也是比较传统的一种发电方式。在水利发电过程中，需要使用到水轮机。水轮机的调速器在长期的使用过程中，会出现抽动故障，不仅会导致水轮机无法正常运行，还会影响到整个发电机组的稳定运行。本文对水轮机调速系统抽动故障出现的原因进行了分析，并提出了消除故障的策略。
        关键词：水利发电；水轮机调速器；故障模式；抽动故障；对策
        1引言
        水轮机在运行时出现的抽动故障，对水轮机的稳定运行造成了一定的障碍。由于抽动故障在水轮机运行时具有一定的偶发性，因此，在正常运行时，很难通过水轮机的某种运行状态提前发现问题，并且在解决该问题时也比较困难。对于水电站而言，从根本上消除水轮机的抽动故障，为水电站机组设备提供可靠的安全运行环境，是非常有必要的。
        2水轮机调速器系统抽动故障分析现象及原因
        在水轮机调速系统中的抽动故障问题，主要分为调速器的周期性抽动和非周期性抽动，其现象和发生的原本因分别如下：
        2.1调速器周期性抽动
        其表现现象为：调速器上的平衡表会呈现出周期规律的摆动现象；电磁阀表现出动作且伴有流动的油的声音；同时接力器表现出较小幅度的往复动作，并且机组的功率呈现出摆度的周期性。
        原因分析：其主要原因是某些整定参数出现改变或者随动设备系统的增益太大，电液的转换过程中部件的回环特性太大。
        2.2调速器非周期性抽动
        其表现现象为：调速器有间歇性非周期性抽动，平衡表摆动，接力器往复运动，机组功率（转速）非周期性摆动。
        原因分析：电源设备的电压出现不稳定现象，反馈的元器件的品质性能比较差，回路过程中的接触效果不好，同时调节器在工作中受到了明显的干扰，还有就是油的质量比较差而造成卡阻现象等。
        2.3经过对水轮机调速器系统的抽动故障问题进行FTA分析，发现水轮机自身如果存在设计上的问题，会产生抽动现象。比如水轮机调速系统的固有频率和主配压阀在某各运行速度时产生了共振，就会产生抽动的问题；水轮机经过长期运行之后会发生老化和磨损的问题，也会产生抽动故障；水轮机再实际运行过程中如果平衡性出现了问题，在运行时整个系统的动态平衡就会被破坏，同样也会出现抽动的故障。平衡的问题在水轮机调速系统中普遍存在，这和它本身的结构形式有关系。水轮机的调速器采用的结构多为内环控制，即传感器统一对主阀门和配阀门进行控制，并通过对电子信号所反馈出来的信息进行准确的掌握，从而能随时了解水轮机的实际运行状态。不过由于水轮机的平衡性只有在理论上才能达到最优状态，实际水轮机受速度、零部件的重心偏移等各种影响，容易产生抽动故障方面的问题；还有一个原因就是水轮机中的导叶端面如果有间隙，当水流从导叶上经过时，会有部分的水从间隙中流出，再加上各个方面的间隙大小不一样，水流量的多少也有一定的差异，这就使得整个导叶的平衡性被破坏，从而导致抽动故障。
        3水轮机调速器系统抽动故障的消除策略
        3.1将主阀的形成压紧
        在水轮机安装时，工作人员需要对整个水轮机的特性以及参数要了如指掌，这样才能根据其特点来设置运行的条件。在水轮机的调速器完全停止的状态下，通过主阀行程的压紧，可以有效降低抽动故障发生的频率。在水轮机调速器运行过程中，在能够有效对压紧行程进行控制的前提下，尽可能采用小一点的主阀伺服控制信号。

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        3.2科学设置水轮机调速器参数
        当水轮机的调速器系统信号出现明显的变化时，很有可能是调速系统出现抽动故障的前兆。据此，可以通过对水轮机运行时的参数进行优化，保证水轮机调速系统的信号一直处于稳定的状态。比如，工作人员通过偏差比例和积分完成过程控制的PID自动控制器。将主阀数组中的偏差尽可能地减小，从而保证调节量能够满足设计的要求。参数的优化不是短暂性的行为，而是在不断的运行过程中一点点地根据反馈的结构进行设置的。
        3.3对滤波处理
        当水轮机的调速器在空载状态时，对滤波进行适当的处理，将干扰输出的信号清除，为主配阀的传输提供良好的工作环境，其抗干扰能力也会得到增强。由于信号更加稳定，这也减少了水轮机调速器抽动故障的出现概率；当水轮机的调速器在运行时，工作人员首先将比例伺服阀的控制信号进行清零，再对伺服阀进行调节，以达到控制抽动故障出现的可能性。
        3.4将安装位置进行适当调整
        水轮机调速器上的导叶反馈振幅如果比较大，反馈信号的运输就会出现问题，进而带来抽动的故障。其改善方法为将导叶反馈装置的位置进行适当的更换。根据经验，可以在水轮机层的位置进行机械转换装置的安装。另外还可以通过提高主配压阀阀芯的控制精度、将反馈装置更换为非接触反馈装置作为其位移的传感器，这些都能在一定程度上将抽动的故障弱化或者是彻底消除。
        3.5油质劣化
        油品在调速器中起到润滑、保证各个零部件顺利工作的重要组成部分。因此，油品的性能如果不合格，将会严重导致调速器出现损耗，从而降低调速器的使用寿命。油品从使用上不仅要选择粘度合适的油品，在日常维护中也要及时清理油箱内层的脱落物和管道重的杂质，避免油质发生劣化。
        3.6电源设备的电压出现不稳定现象，反馈元器件的性能变差
        当出现轮叶或者导叶反馈出现故障时，消除方法分别如下：
        ①如果零点电压在0.3V以下，那么需要对零点进行重新调整，使反馈电压在0.33V以上；
        ②如果位移传感器出现了工作故障，那么需要在更换或者修复以后进行调零或者满度。调整导叶反馈传感器位置及附加电位器，使达到：
        （A）导叶全关时（Y=0%）     反馈电压： =（0.3~0.35）V
        （B）导叶全开时（Y=100%）   反馈电压： =（9.5~9.7）V
        ③如果传感器的外接端子板意外进水，那么必须采取措施将其吹干。
        除了上述各种改善策略，还要加强水轮机调速系统的日常维护。养成对调速器定时保养的习惯。保养的内容不仅要涵盖使用环境的优化，还要对反馈装置进行检查，确保反馈装置和各处传动结构的正常运行。调速器内部的油也要定期进行更换，避免油内的杂质造成异常的磨损。
        4结语
        水轮机的调速系统一旦某个环节出现故障，就会影响导整个调速系统。不仅带来整个水轮机的调速准确性，还会影响到整个水电站。因此，必须要解决水轮机调速器的抽动故障问题，以提高控制设备的稳定性，确保水电站能够平稳、安全地生产电力。
        参考文献
        【1】苏剑．水轮机调速器抽动故障及消除措施，黑龙江科学，2015-2(6-2)；54-55．
        【2】程湛．水轮机调速器抽动故障及消除措施，科技创新与应用，2016-17；133．
        【3】李启运．关于水轮机调速器系统抽动故障及处理浅析，水利水电，2015-17；8-9．