茂名市鉴江流域水利工程管理局 525000
摘要：调速器和励磁系统是水轮发电机两大调节控制辅机设备，重要性不在主机之下，尤其调速器控制开停机和机组转速，对于水电站并网发电意义重大，因此本文对水轮发电机调速器维护与故障处理进行了分析。
关键词：水轮发电机；调速器；维护；故障；处理
水轮发电机调速器的主要任务是维持发电机输出电能频率的恒定，进而实现进入水轮机的水能与发电机输出电能之间的平衡，此外还具有机组开停机、频率调整、负荷分配、工况转换、机组安全与经济运行保证等功能，因而水轮发电机调速器是水电站重要的辅机设备。我国大电网频率限定在（50.0±0.2）Hz，调速器必须具有精准的频率调节控制能力[1]。水轮机调速器经历了机械液压调速器、模拟式电液调速器、微机电液调速器到伺服电机控制调速器的发展过程，目前应用比较多的是微机电液调速器，该类调速器主要由电气部分、机械液压部分、油压装置组成，在运行过程中机械液压部分操作力大、影响因素多、功能结构复杂、故障类型多，所以水轮机调速器的维护任务很重，出现故障必须准确判别并及时处理，因此本文对水轮发电机调速器的维护与故障处理进行了分析。
1 水轮发电机调速器的维护
1.1 调速器维护概述
水轮机调速器运行维护主要是巡回检查和定期维护，《小型水电站运行维护技术规范》（GB 50964-2014）第5.3节规定，应检查油压装置部件、液压控制部件、压力油罐油气比、外部操作回路和外观，定期给调速器销轴加油，同时规定了调速器正常运行的要求、液压系统与调速器的要求，以及调速系统退出运行的条件。调速器维护的目的是预防故障，为保障调速器正常工作还应注意下面一些问题。
1.2 调速器维护工作的主要内容
1.2.1 检查和清洁
定期检查机械液压及油压装置，主要是阀门、法兰等管路连接处有无渗漏和变形，同时清理油污和灰尘。电气部分检查元器件，并清理灰尘；继电器等检查触点接合可靠性，必要时清理接合面的氧化层。
1.2.2 加油和补油
调速器机械柜内的各种运动部件应定期加油。液压及油压装置应根据油质标准进行处理或换油，例如初次安装或大修后运行半个月用油应处理或更换一次，以后每隔一年再进行处理或更换。
1.2.3 定期切换操作
调速器手动与自动切换阀应定期进行切换，以免长时间不动作而卡死或失灵，同时要观察指示信号是否正确。调速器滤油器应每周一次或者压差超过0.25MPa时切换，同时清扫滤网。调速器紧急停机电磁阀应每半年进行一次动作试验，以防长期不用而失灵。
1.2.4 相关资料的维护
每次检查、维护都需记录，同时保管好设备资料、调试数据、技术改进记录、缺陷记录等。
2 水轮发电机调速器故障分析与处理
2.1 开机阶段故障
2.1.1 自动开机失败
传达开机指令后，开限没有打开，或者打开了，但机组转速升不到额定值。通常，开限打不开，主要是二次接线、开关量输入输出板卡或数模转换器（DAC）等方面的问题，也可能是CPU方面的问题。应对二次接线及相关板卡进行检查，更换故障板卡后一般可以解决问题。
2.1.2 并网后运行不稳定
机组并网后，机组容量比重不是很大的，通常都能稳定运行，但也有些机组运行不稳定，一般是由于调速器质量不够好或者机组性能不佳，表现在转速和出力不稳定。根据摆动特征，又分为周期性摆动和非周期摆动两种情况。
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对于周期性摆动，先用示波器分别录制接力器位移与电网频率波动的波形，然后进行对比。如果两者一致，说明摆动是由电网频率波动引起，应重点分析调频机组调速器性能及参数整定。如果两者不一致，可能调速器与其他机构发生了共振。一种是与转子电磁振荡频率共振，通过录制转子电流、电压波形，再与调速器自振波形及接力器行程波形进行对比。如果是这种故障，可通过改变缓冲时间常数或调速器自振频率的方法加以解决；否则可能是与机组引水管道波动发生了共振，通过改变缓冲时间常数可以消除共振。
对于非周期性摆动，也有几种原因。一种是多台并列运行机组同时出现接力器与负荷摆动，这是由于并列运行的多台机组调速器永态转差系数整定太小，同时各台机组转速死区及缓冲时间常数相差较大所致，一般调大，并使各台机组相同或相近，就能解决问题。第二种是水轮机空蚀引起效率突然下降并引起接力器摆动，或者其他电气干扰信号偶然侵袭导致接力器摆动，这种情况下应监测系统调节趋稳过程。第三种是油压变化引起电液伺服阀平衡位置改变而造成的零点漂移，一般电液伺服阀性能不好就会出现较大漂移，通过更换性能好的电液伺服阀可以解决问题。
2.2 关机故障
调速器有“自动、“电手动”和“机手动”三种控制方式。某水电厂调速器开机正常，但是“机手动”模式下紧急停机阀关机异常缓慢，甚至接近10min才关机[2]。这种问题的原因可能是两段关闭和过速限制装置中的插装阀卡阻引起，但是清洗插装阀及所有可能引起油路卡阻的电磁阀、阀块内部后，问题并没有解决。接着排查主配压阀内部故障，对该阀进行分解，拆除两侧端盖，发现恒压腔衬套位置的定位螺钉折断，并且在该阀自复中腔衬套下方发现两道划痕，于是对划痕处进行了研磨，并更换了螺钉和垫圈，再按厂家技术要求进行紧固，经多次试验关机正常了。但是接力器关闭到8%开度以下时，主配压阀与事故阀出现异常振动，原因是两阀发生了共振，通过改变接力器节流阀开度破坏共振条件，共振现象消失。
2.3 运行过程中的故障
运行过程中的故障有很多，例如机组空载过速、调负荷不正常或溜负荷、甩负荷不正常等，下面介绍一种甩负荷时的故障。甩负荷可能出现转速上升过高、水压上升过高，或者两者兼有，但是有一种故障现象比较特殊。在带50%负荷进行甩负荷，导叶开度关到48%时突然停住不回关了，手动操作导叶粗调关闭电磁阀和手动操作事故停机电磁阀都没有效果，一直到10s后导叶才关闭。开始怀疑引导阀堵塞，于是拆下部分引导阀进行清洗，导叶同样关到48%停留10s后才关闭。分析这种怪现象的原因是设计有问题，在甩负荷时导叶和桨叶需要同时关回，但桨叶靠近油源，可以保证优先动作，导叶远离油源供油不足，所以在48%时停下来，而桨叶接力器全关后不再需要油源，导叶阀组也重获压力源，于是导叶就关闭了。通过设置桨叶延时动作，该问题得到解决。
2.4 电磁干扰故障
还有一种更匪夷所思的故障，某水电厂的一台机组经常出现莫名其妙的采样信号异常、导叶位移传感器信号抖动、功率显示异常等现象。多次更换控制模件、监控与调速器之间的电缆，短时间内有效，不足一个月后“故态复萌”。经过全面排查，发现是电磁阀投切产生电磁干扰影响到调速器正常运行[3]。为了抑制干扰源，在相关电磁阀控制回路上并联了瞬变电压吸收二极管，后来该故障未再出现。
3 结语
水轮发电机调速器是水电站中关键的辅机设备，维护好调速器是保证水电站发电质量和经济效益的重要基础，但是调速系统工作环境复杂，除了加强常规维护工作以外，还应熟悉调速器故障机理，以便出现故障时准确判断，及时消除故障，保障调速器可靠运行。
参考文献：
[1] 白中状. 冲击式水轮机调速器维护及故障分析处理[J]. 云南水力发电，2014,30(1)：117-118，131.
[2] 周勇，文艺. 双调微机调速器甩负荷时故障原因分析与处理[J]. 水电站机电技术，2014,37(2)：51-53.
[3] 钱凤，周攀，车佳磊，等. 电磁干扰对水轮机调速器的影响及应对措施[J]. 水电与抽水蓄能，2013,37(4)：20-23.
论文作者:陈学森
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/18
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