李余凤
昆明电机厂有限责任公司 云南昆明 650000
摘要：在我国经济的发展进程逐渐加快的形势下，水电建设有了一定的成效，在水电站当中，水轮机是推动电力生产所需的关键设施，其使用效果影响着水电站运行的安全可靠性。而水轮机可顺利运转，调速器是其中调节机组转速的主要部件之一，其能够保证水轮机在运行期间更加安全、稳定，对于维护整个水电站正常运行有积极作用。这篇文章主要对水轮机设计与运用做了详细探究，并提出几点故障解决方法。
关键词：水电站；水轮机；设计与运用
前言
水轮机机组通常是水电站生产期间经常要使用的发电机控制装置，在运行期间要能够确保安全、可靠是减少故障发生率、提升生产效率的重点。然而在实际应用水轮机运行期间，由于某些原因，设备不间断的发生一些故障，限制着整个发电机组电力系统的安全稳定运行。在水电站的逐渐发展进步下，各项生产内容程序的逐渐增多，对调速器运行有了更严格的标准，根据一般的故障深入探究以及处理就很关键。
一、水轮机运行期间的注意事项
一般而言，调速器关系着电能量的运行频率，若是电动机运行频率变小，就会导致整个设备运行效率急剧降低，在一定程度上影响着其生产效率与生产潜能，反过来，若是电动机运行速度增加，就会导致电动机 转速加快，还会加快电力能源的消耗量。在某些对运行转速有着严格标准的生产机构，若是转速频率不符合要求就会导致生产质量受到损坏。然而在调速器匀速运作期间，频率减小就会引起水轮机叶片发生较大幅度的震动，并进而出现裂缝，危及其其正常使用周期。所以，水轮发电机组调速器的频率若是发生了突然的下降情况，一定要及时对其进行控制调整，如此才能避免系统出现故障。
依据我国电力机构的明确要求，电网的一般频率通常保持在50赫兹，其规定的频率偏差要保持在±0.2赫兹左右。系统的负荷会高于总电容量的10%；另外，往往大型电力系统，其自身负荷波动幅度也较大，能够占到总电力容量的3%左右。由于电力系统负荷是持续变换运行的，这就一定会引起系统的频率出现较大幅度的波动，所以，要深入开展对水轮发电机组频率的调节，才能确保其转速满足预期要求。
水电站水轮机能充分的与电站的回路以及其他系统协调操作，在协调配合以后，能够有效推动机组的正常开机、负荷增减、停机操作处理等。并且，水轮机还可以与系统中的其他设施一致起到发电控制、组水位调节作用等，还有，若是使用的电网发生了异常故障，可以立即跳闸，为水轮机的正常运行提供必要保障。
二、保证水轮机水力的稳定性的对策
2.1 加强水轮机避振运行，保证水力的稳定性
加强水轮机组的避振运行是指在大流域的水电站群体中，为了使得水轮机组可以避免受到振动区的影响。应该统筹调度整个流域的水轮机组，不仅可以延长机组使用寿命，还可以保证水轮机水力的稳定性，在发现转叶出现裂痕及时进行修补，加之实行了避振运行，水轮机组的稳定性在较大程度上得以改善。
2.2 控制水轮机组的转速
随着科学技术水平的不断发展，水轮机组转轮的设计在大趋势上是追求高比转速水轮机。在上世纪八十年代，在大型混流式水轮机高比转速实验时发现了一个中等频率的压力脉动现象，将其称之为高部分负荷压力脉动带，它具有脉动频率与转动频率成正比，根据不同的工况形成不同压力脉动。此种压力脉动随时能够感知到装置空化系数和下游尾水的变化。在许多实验过程中，压力脉动突然间升到一个数值的现象经常发生于尾水管的肘水管处，但是这个现象只存在于实验过程中，在大型混流式水轮机真机上并未出现，而且其发生原理也不能详细阐述，但是在低转速的水轮机中是没有这个现象出现的，因此，只是单纯的追求高转速以保证水力的稳定性是非常不明智的选择，在选取转速的同时，要综合考评水质状况，水头的变动幅度以及水轮机的负荷范围等一系列条件因素的综合。
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2.3 对转轮叶片出水部分进行修复
许多国内外的实际例子可以证明，对转轮叶片出水部分进行修复可以提高卡门涡的频率和降低振动。根据研究显示，通过减小转轮叶片的厚度以及改造出水边的形状，改变水流在边界上转轮叶片分离的位置，同时还要减小导致脱流漩涡的频率和强度。通过各类方法修复转轮叶片的出水部分，可以起到一定消除振动的效果，防止因为共鸣引起的噪声，很大程度上保证了大型混流式水轮机水力的稳定性。
三、水轮机调速器生产的设备特性情况和存在问题
现在的计算机有主要采用plc或者是pcc，这种系统主要是由武汉长江控制设备研究部门所开发的，具有很高很强的社会使用价值，也有很大的开发和研制空间，还采用了电液转换部分，并且电液转换部分用了比例伺服电机，还有控制电机，控制电机又包括了交流伺服电机，直流伺服电机，步进机，这些控制系统和控制机构都有很大的发展潜力，这些控制系统和控制机构都分别以流量和位移输出的方式直接控制主配压阀。
3.1 PLC硬件系统平台
还有现在用PLC为硬件系统为平台的生产部门，中国的水利水电科学研究院生产的微机调速器，并且还采用了液压数字插装技术，这种技术的核心在于以快速的开关阀和插装阀等原件来实现它的功能。但是传统的PLC软硬件封闭，生产出的产品兼容性差，技术发展十分缓慢。现在还有采用PLC为核心的调节器，比如天津电器传动设计研究所生产的微机电液调速这种高新产品就采用了这种以PLC为核心的调节器，步进电机凸轮传动，运用凸轮传动机构有好多优点，比如我们只要设计出凸轮的外表就可以实现从动件的任意的轨迹，凸轮机构也有他的缺点，比如，凸轮外表是高副接触，容易受到磨损。
3.2 水轮机调速器自动化问题
在电站设计的自动化规范中，要求调速器可以在无人员操作的情况下，实现自动开机。但由于调速器设置了机械开度限制，控制电动机不能远方操控水轮机调速器，所以还需要人工对机械开度限制机械进行操作，才可以打开水轮机调速器装置，这是不符合自动化要求的。
3.3 引进国外微机调速器的问题
发达国家的工业力量要强于我国，调速器使用时间长，生产技术和工艺优良，工作效率高，但是由于语言和各国的行业习惯的不同，在使用时，对其的技术掌握和操作会比较困难，目前，我国的微机调速器工艺水平和国外的相当，在一般情况下，不建议进口国外的产品。
当前，我国为了增强水电工程的安全可靠性以及协调稳定性，简直是想尽了很多办法。最后确定在以电力电气自动化技术辅助为条件的前提下，完成对水电工程的各种功能指标的全面深入的开发与推行使用。比如以水电站自动化技术在其电力工程内部的推行来说。我们要及时高效的完成对水轮发电组、调速器以及水轮机等设备模块的安装工作。在水电站顺利运行的基础上，能在一定程度上对其经济价值有着极大的提升，更加深入的为我国水电站带来性能优化的电力能源奠定了重要的技术基础。
四、结语
总的来说，在水电站水轮机实际运行期间，为了确保其安全工作，一定要深入开展对水轮机设施维修控制和故障处理，提高对设施的常规维护力度，可充分了解一些常见故障的实际状态，可通过状态科学的分析出机组的故障原因，并且进一步的采取科学的解决方案，为水电站的安全和可靠运行提供必要保障。
参考文献
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[4]郑莉媛，朱爱菁.水轮机调节[M].北京：机械工业出版社，1988.
论文作者:李余凤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/17
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