摘要：就我国当前大部分水电站水轮机调速器的运行现状而言，大部分水轮机调速器长期处于较为恶劣的作业环境当中，且整个水电站处理系统对调速器的依赖程度比较大，这使得整个调速器装置长时期处于持续运作状态中，其运行故障也是水轮机调速器在运行过程中不可避免的一大问题。总的来说，这些运行故障都会或多或少的给整个水电站处理系统带来不同程度的影响。基于此，如何在确保水电站处理系统运行质量及效率一定的基础之上，充分认识到水电站水轮机调速器在运作过程中存在的故障问题，并对其形成原因进行系统分析，进而制定出相关的故障处理方案，以保证整个调速器装置的安全、高效运行，已成为目前相关工作人员最亟待解决的问题之一。
关键词：水电站；水轮机；调速器；故障原因；处理建议
1、水电站水轮机调速器结构原理
大部分水电站调速器系统主要由五大部分组成：调速器电气柜、调速器机械柜、调速器液压操作及执行机构、调速器压油装置、测频装置。其中调速器电气柜包括：调速器电气柜主要由PLC、测频装置、显示触摸屏、输入板件、输出板件、接线端子、开关电源、切换把手等组成。调速器机械柜包括：调速器机械柜主要由伺服驱动器、液压操作及执行机构。液压操作及执行机构包括：伺服电机直线位移转换器、主配压阀、紧急停机电磁阀、双滤油器、两段关闭装置。油压装置包括：主要由调速器集油箱、压力油罐、压力油泵、压力油罐补气装置、压力开关、压力传感器、磁翻板液位计及管路阀门等组成。机组调速器测频回路有三路：一路为机组齿盘测速，一路为机端PT测频，另一路为母线PT测频。导叶控制原理是根据反馈值偏离给定值的偏差信号，微机调节器通过PID运算后的电信号经过伺服电机位移转换器转换成机械位移信号来调整导叶开度来改变进入水轮机的流量，从而控制水轮发电机组转速和出力。
2、水电站水轮机调速器的基本作用及运行功能特点
（1）水电站水轮机调速器的作用。①能够满足转浆式、冲击式、混流式水轮机工作调节的需求。②当水轮发电机组在电力系统的控制下工作时，调节器能够对水轮发电机之间的负载进行合理的分配，这样才能保证发电机组能够经济、正常的工作。③能够使水轮发电机进行快速的手动以及自动启动，即便是发电机组所收到的负载发生变化时也能正常工作。④能够保证水轮发电机的正常的转速，使其与额定转速之间的差距较小，保证了水电站发电机组能够按照一定的功率进行工作。（2）运行功能及特点。①操作力强。水轮机具有一定的发电规模，在运行的过程中其需要进出大量的水流以达到目的。水轮机调速器要对进水门进行有力的掌控，通过自身的运行维持水流的进出，因此水轮机调速器在运行的过程中具有着很强的操作力。②快速并网。可适时辨识运行状态中的空载、并网和孤立运行等情况，并且可以带孤立负荷，而且具有独特的残压测频，频率跟踪等功能，在应用中可以实现快速并网。水轮机调速器在运转的过程中可以根据电脑下达的指令自行调整机械的运行状况，是水电站自动化的重要部分，其在工作的过程中可以及时快速的完善并网任务，保障并网的顺利进行。③及时调节。水轮机调速器具有数字协联及波动控制的功能，能够按转速、水位或给定负荷进行自动调节。其具备的这一调节功不仅可以调节水轮机的速度，调节水流量，同时其还可以对有功功率进行合理的调节，对整个系统的运行过程都处于安全，平稳的有功功率下起到保障作用。
3、水电站水轮机调速器相关故障及引发故障的主要原因
3.1、工作电源电压故障及其引发的原因
以某水电站水轮机调速器运行装置为例，水电站工作人员在调速器安置工作中将整个处理系统的交流与直流操作电源均接入到水轮机调速器反应装置当中，当供电电能传递至调速器系统内时，电气调节器实时监测仪器所显示的电压数据为15v，这种电压值只有调速器在正常运行状态下电源电压的一半左右，由此可判定该水电站水轮机调速器工作电源电压存在故障。针对工作人员在接入交流直流电源过程中的作业流程分析，认为，这种调速器工作电源电压故障的最基本形成原因可分为两种：一种为交直流电源在接入过程中存在技术性与操作性问题；另一种为调速器电路电源板存在一定的运行故障。
3.2、调速器异常波动运行故障及其引发的原因
一些水电站水轮机调速器处于手动运行状态时，水轮机组可获得较为稳定、高效的运行，一旦切换至自动运行状态，则调速器会出现导叶、浆叶频繁调节的现象，且幅度较大，严重时会出现导致发电机组停机的事故，对整个水电站运行处理系统产生严重影响。水轮机调速器处于非自动运行状态时与自动运行状成下存在差异性运行特征，分析导致调速器机组波动与接力器异常性动作的主要原因不外两个方面：一个是电气方面，另一个是机械液压方面。（1）电气原因主要为：①导叶以及浆叶机械控制元件存在异常。②导叶以及浆叶在具体频率以及水位等方面的测量回路以及相关元件存在异常。③孤网以及电网在运行过程中出现较严重的频率波动，调速器属于频率调节模式，造成发电机组出现频繁性地调节。（2）机械液压原因主要为：①导叶以及浆叶在操作油外部管路存在严重漏油问题。②浆叶操作油内部存在严重窜油现象，或者导叶接力器内存在窜油现象。③浆叶或者导叶在具体机械控制元件上存在异常，或者主要配阀出现卡阻问题。
3.3、调速器在某一开度状态下发生机组失控故障及其引发的原因
与上面所述的机组波动误动动作大致相同，当水轮机调速器处理手动运行状态下时，水电站处理系统机组未出现任何故障问题，而当水轮机调速器在自动运行状态下处于某一特殊开度作业时，整个处理系统运行机组又会发生调节失灵与运行失控的故障问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆故障原因分析：水电站水轮机调速器在某一特定开度状态下呈现出误动与失控故障，而当调速器越过该开度值时，处理系统运行机组又会自动恢复到正常运作状态。这种故障现象意味着在水电站水轮机调速器运行装置中，反馈电流在该特定开度状态下为参与到运行过程中，调速器输出信号的失效进而也会导致整个水轮机调速器发生失控现象。在当前技术条件支持下，这种反馈电流未参与到反应处理过程中的最根本形成原因就在于调速器的反馈电位器装置线路接线处发生松动，这种线路连接的松动集中表现在某一特定开度状态下传输线路的脱空。这也是在对该种调速器故障进行分析与处理中需要特别加以关注的问题之一。
3.4、调速器导叶、桨叶故障及其引发的原因
水电站调速器电气柜掉电后重新上电，导叶、桨叶及水头一直处于故障状态，将导叶、桨叶切换至手动运行状态，测电源模块未输出24V及5V电压，且信号反馈出现异常。究其原因，主要是因为导叶反馈越限，造成导叶转变为手动控制状态。导叶反馈是电流型信号，电流信号范围是4-20mA，当导叶反馈的数值大于或是小于该范围的时候就认为是故障。越低限这种故障一般是发生在导叶全关或者信号线脱线的情况下，由于电流信号的不稳定或者受到干扰，数值漂移、波动，使得真实数值小于判断的极限值而发故障信号。而越高限一般是通道故障造成，一般是短路或者受到大电流信号的干扰出现大的波动，使得数值超出20mA的电流上限值。一方面可能是由于叶反馈回路的原因。通过测量对地电压，发现导叶反馈24电源模块的负载侧有接地现象，检查电源接线后，采用逐步甩线的方式，缩小故障点的范围。
4、水电站水轮机调速器故障的处理建议
4.1、工作电源电压故障的处理建议
在工作电源中发生电压问题，必须要在调速器处理系充中运用工作电源初期，就要对交流线路、和直流线路进行全面性地检查，并且从中及时地了解与掌握调速器在各种电源里的运作状态有没有出现异常问题，同时也要将连接的线路进行正确合理地进行布置，最后再把电压等级调节在一个安全、稳定的区间。除此之外，一旦了明确了调速器电源是属于交流或者直流，并且线路之间没有出现错误以久，那么就必须要对调速器电源板进行判定与分析，并且也要通过先进的设备对电路板的电源设施进行检测，同时查看线路是否出现短路、或者断开，是否虚焊等等，对于这些问题必须要在第一时间进行上报后进行解决，同时对于一些难度较大的问题要做好相应的预防措施，以保障调速器在电源接入之后可以将电压值稳定在一个安全的范围里。
4.2、调速器异常波动运行故障的处理建议
面对调速器的异常波动运行，建议从以下几个方面进行解决：①深入分析和研究故障现象，给予科学的故障分类和判断，观察周边较为明显的现象，举个例子，可以针对导叶以及浆叶的开度、频率以及水位测量结果等进行全面分析，研究其是否处于正常范围，检查导叶主配阀是否存在卡阻问题等；②全面检查电气元件以及相关电气回路，可通过检查测频回路以及开关传感器等的运行情况，挖掘运行中存在的缺陷和不足。如果检查中发现调速器出现直接移位，转换器以及主配阀等出现卡阻的，应立即采取措施进行解决，确保设备能够实现正常运行。如果检查中发生元件出现故障或者遭到损坏的，应马上采取针对性措施解决，例如更换元件或者及时对元件进行维修，通过这种方式，保证调速器系统的稳定运行，避免水轮机发电机出现运行故障。
4.3、调速器在某一开度状态下发生机组失控故障的处理建议
针对有关调速器在某一特定开度状态下发生的机组运行故障形成原因分析发现，要想在确保水电站运行及处理系统质量及效率一定的基础之上，针对这种调速器运行故障作出相应的处理方案分析，就需要从以下几个方面入手：首先，对水轮机调速器反馈电位器装置的线路接线作业作出详细检测，确保反馈电位器的线路接线无任何形式的松动问题；其次，针对调速器在某一特定开度状态下所对应的机组失灵位置所出现的电压值零倾向以及电位器线路脱口现象分析，相关工作人员需要按照调速器反馈电位器的各个组成部件定时定期的进行固定性作业，确保电位器与调速器的相对稳定，进而有效的消除这种调速器在特定开度状态下，运行机组出现的失灵现象。
4.4、调速器导叶、桨叶故障的处理建议
对于越低限、越高限故障处理，最好是采用以下几个方式进行应对：（1）第一点，强化导叶反馈线的屏蔽效果，以提升信号的稳定效果与信号强度。（2）第二点，对于瞬间越线故障信号要及时地进行过滤，同时对于导叶反馈故障要通过有效的程序来进行严格地修改与纠正，运用这种科学的方式可以安全、稳定地滤出绝大多数的干扰信号，从而有效地保障调速器可以在瞬间故障信号下不会发生转化为手动模式。（3）第三点，对于接线进行包扎，能够有效地克服以上的一些问题，以确保信号的强度不受影响。
5、结束语
综上所述，水轮机调速器在水电站系统中发挥着极为关键的作用，对于水电站的运行状态也具有关键性的影响作用，是维护水电站系统正常运行的必要条件。在具体工作中，调速器会受到自身原因或是某些原因的影响，很容易出现故障故障，为此，相关工作人员有必要强化对设备的维护控制，及时找出调速器中存在的问题，深入调查问题原因，从而制定出最为科学的处理方案，提升发电站运行的可靠性。
参考文献：
[1]论水轮机组调速器液压系统的故障诊断与排除[J].杨向前.中国新技术新产品.2011（03）
[2]水轮机调速器系统抽动故障及其消除措施[J].蒋志照，王珍明.水电自动化与大坝监测.2012（02）
[3]水电站水轮机调速器调试与维护的研究探讨[J].杨世海.科技视界.2016（07）
论文作者:孙亮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
标签：调速器论文; 水轮机论文; 水电站论文; 故障论文; 机组论文; 原因论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第28期论文;