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摘要：水电站是利用水能进行发电，其不仅清洁环保，而且能产生大量的电能，有效缓解了紧张的能源问题。水轮发电机是供电系统的核心装置，内置调速器能够随时调节发电机组转速，确保供电稳定性。本文阐述了水轮发电机调速器的工作原理及其作用，对水轮发电机调速器的应用及其维护与故障排除进行了论分析。
关键词：水轮发电机；调速器；工作原理；作用；应用；维护；故障排除
科技的进步发展，使得当前许多水电站内部已实施信息化管理，并且在水轮发动机上安装数字监控系统，与调速器相连接，通过计算机对调速器进行全天候、全方位监控，并对其进行远程操作控制，不仅可以使机组设备始终保持高效率运转，还能够提高供电系统的稳定性。
1 水轮发电机调速器的工作原理及其作用
1.1水轮发电机调速器的工作原理。水轮发电机调速器是调节发电机组的转速，将其控制在额定数值内，以维持供电系统稳定。水轮发电机的转速受到水轮发电机主力矩的影响，而水轮发电机主力矩由水的密度、水轮发电机的效率、工作水头及水流量共同决定，水的密度是不变的，水轮发电机的效率、工作水头都与设备性能有关，不是容易改变的因素，而水流量是可以控制的，所以要想调节机组的转速就要改变进水的流量。由于调速器对工作状态的反馈不是直线型的，需要通过其他与之相关的数据进行推测，采用数学建模法对调速器及水轮发电机工作原理进行分析，得出其工作特点。调速器的工作过程类似于阻尼过程，水轮发电机导叶开度的增加使得水轮发电机的静态增益降低，减少了响应所需要的时间。而且在这个时间内调速器的动态和静态特性有了明显的改变。调速器的工作原理就是利用机组的转速波动，对水轮发电机导叶的开度进行适当调整，使水轮发电机的转速恢复到额定转速内，维持发电机组的稳定运行。
1.2水轮发电机调速器的作用。水轮发电机是水电站的核心装置，为了实现在水轮发电机工作时能够对其转速进行严格控制，并且能够随时调节转速以保证机组高效运转，最有效的方法是在水轮发电机中安装调速装置。调速装置包括调速器和油压装置。调速器的作用是降低水的流速对水轮发电机的影响，控制发电机组的转速，使输出电能的频率符合实际的供电要求，并且保持设备高效节能运行。所以调速器要有优越的性能：反应灵敏，能够迅速发现水流速度的变化，随即进行转速调节；维修方便，在发生故障时能够在第一时间找出原因并进行修理；质量可靠，调速器需要不间断的工作，所以要保证其符合国家质量合格标准且安全耐用。此外其还可以与电站的回路以及其他系统配合运行，在相互配合完成以后，能够顺利完成机组的正常开机、负荷增减、停机处理等。
2 水轮发电机调速器中多项式方程法的应用分析
2.1多项式方程法的作用。其是利用水在运动状态下的重量产生惯性来实现发电，但需要对其动能做出计算，结合工作状态下的运动情况。实现发电功能需要达到一定的转速，在额定时间内速度不会出现明显下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆借助物体惯性特征可降低运转过程中的耗能。因此在设计环节中应引入调速器，对水轮运动速率做出调控。水轮转动产生的能量并不能完全应用在发电环节中，会有部分能量在维持运转时被消耗。应用多项方程法可将不同方向的能量损耗清晰计算，结合发电机使用需求对转速做出调整。
2.2调速器中多项式方程法的应用分析。（1）利用传统的PID法模拟水轮发电机调速器的工作情况，得出控制调速器整个工作过程的相关数据及调节的最终效果，对数据进行处理，得出PID控制法对系统变化的反应规律。（2）利用该种方法需要对已知量进行整理，假设未知量的存在形式，利用水轮发电特征优化转动模式。所得出的运算结果可应用在后续系统设计中，科学调节运转模式将动能损耗降至最小。根据试验结果表明，多项式方程法会延长调节时间，产生的误差较大，所以放弃该结果。（3）将数据代入regress函数，同样将得到的结果代入系统进行模拟试验。试验结果表明，多项式方程法的误差小，灵敏性较高。而且该函数还能获得各项系数95%的置信区间和显著性概率P。对数据进行整合发现方程中至少有一个自变量的系数不为0，说明此方程有意义。（4）将解析式代入到调速器的模拟运行活动中，可以得到其阶跃扰动过程，将该结果与PID控制器的效果进行对比。结果表明：在系统参数发生改变时多项式方程控制器能够及时做出反应，产生较强的抵抗性，使得调速器在工作过程中不易受到环境带来的影响，增强调速系统的抗扰动能力。
3 水轮发电机调速器的维护与故障排除
3.1水轮发电机调速器的维护。（1）调速器的常规检查。确保调速器工作环境整洁，防止液压管道中有灰尘进入，影响液压系统的正常运行；防止液压油受潮气影响，液压油水分过高一方面会对设备造成腐蚀，同时一旦液压油在管道中快速运动有大量气泡产生，则会造成油路不畅，甚至造成液压油外溢；检查导阀活塞是否有卡阻现象，一旦发现应尽快进行处理观察机组在运行过程中不仅电机动作是否频繁、温度变化是否在规定范围以内；检查各部件安装是否牢靠、计量表和监控画面指示是否正常；检查监控界面的各项数值是否与设备实际运行状态相符；注意监控系统是否有故障报警信息发出。（2）调速器的常规维护。调速器维护注意是调速油路和电气系统的检查：调速器润滑油应定期进行处理或更换，正常情况下每年进行一次，新装或大修设备应在两个月内至少进行一次。滤油器每周要进行一次清洁，当前后压差过大时应立即进行更换或清理。工作油泵和备用油泵每周进行一次轮换。定期检查电气部分的设备运行情况，对电气设备的输出数据与历史数据和实验数据进行比较，判断其运行状态是否正常，及时发现故障隐患并提前进行处理。对事故停机电磁阀的动作情况每月进行一次检查，以保证动作发生时，保护器的有效性。
3.2水轮发电机调速器的故障排除分析。（1）叶片反馈故障排除。对应的状态：故障灯亮起;模拟量的输入模块红色LED灯亮起;人机界面又能对应的故障分析说明。故障排除：对接线进行检查，对变送器进行修复。（2）桨叶反馈故障排除。故障的状态：故障指示灯亮起、桨叶要手动;模拟量的输入模块中的指示灯亮起。故障排除：同样对接线进行检查，对变送器进行修复。（3）水头故障排除。从较远的距离传来模拟量信号故障，其对应的故障状态为：故障灯瞬间亮起来，在应用自动式的水头时，要进行手动转换水头。故障排除：对3-15mA的模拟量信号进行检查，并将其传输到对应的端子中。（4）齿盘的测频故障排除。在设备运行当中，齿盘运行不良，逐渐接近开关的断线，但是开关与齿盘的安装间距过大，其故障状态为：故障灯会亮起;齿盘的测频将显示出对应的数据值，一般都在50赫兹。故障排除：对接近的接线进行检查，查看其安装距离是否得到了规定指标。
4 结束语
水轮发电机调速器是水电厂日常生产当中经常用到的发电机控制设备，在应用过程中能够实现安全、规范是降低故障发生率、提高生产效率的关键。但是在实际应用水轮发电机调速器过程中，因为某些因素，设备会经常性的出现各种故障，影响了整个发电机组电力系统的安全运行，因此必须加强对其进行分析。
参考文献
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[2]李嘉平.水轮机调速器步进电机故障处理分析[J].新材料新装饰，2014（5）
[3]宇文嘉县.水轮发电机调速器故障分析及处理[J].科技创新与应用，2015（01）
论文作者:崔龙,吉崇冬,张亚雷,孙建业
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/19
标签：调速器论文; 水轮发电机论文; 转速论文; 故障排除论文; 多项式论文; 机组论文; 故障论文; 《防护工程》2017年第26期论文;