双调微机调速器甩负荷时故障原因分析与处理

2014-05-16周勇，文艺

水电站机电技术 2014年2期

关键词：测频调速器导叶

周勇，文艺

（重庆水轮机厂有限责任公司水电控制设备分公司，重庆 400054）

双调微机调速器甩负荷时故障原因分析与处理

周勇，文艺

（重庆水轮机厂有限责任公司水电控制设备分公司，重庆 400054）

介绍了轴流转桨式水轮发电机组调速系统组成及原理，针对土耳其KIZILAGAC电站调试过程中，出现甩负荷时反映的故障现象，从机组调速系统原理等方面查找原因，通过采用逐级排查方法处理故障，并为排查和防范类似故障提供了相关经验。

土耳其KIZILAGAC电站；水轮机调速系统；故障及处理

0 引言

KIZILAGAC电站位于梯级位置的KALKANDERE HEPP电站下游，距土耳其东北部黑海地区里泽市中心35km，到特拉布宗港口和机场的距离均为65km。工程以发电为主，兼顾灌溉及供水。电站总装机容量为2×3260kW，为轴流转桨式水轮发电机组，水轮机型号为ZZ660a-LJ-210，额定电压6.3kV，额定水头14.39m，额定流量25m3/s，额定转速250r/min，由重庆水轮机厂有限责任公司设计制造。

1 调速器系统综述

调速器选用的是重水水电控制设备分公司制造的WST双调微机调速器，其组成包括调速器电气柜、调速器回油箱，压力油罐及辅助部件，主要配置为法国施耐德M340可编程控制器+德国力士乐比例伺服阀+插装阀。调速器接受转速信号、水位信号、功率信号、接力器反馈信号、同期装置的频率调整信号，以及来自计算机监控系统（上位机）的操作指令和参数综合指令，输出给水轮机导叶和桨叶的调节信号，同时液压操作系统接受该调节信号，并将其转换为液压信号，放大后用于操作水轮机导叶和桨叶。调速器具有纯机械手动操作、频率控制、开度控制、功率控制、电网一次调频、网频跟踪、导叶开度限制、机组最大功率值限制、自适应式变参数、在线自诊断、容错及故障处理等功能。

1.1 电气调节装置

调速器采用法国施耐德公司M340系列可编程控制器（PLC），主频180MHz。具有计算精度高、运算速度快、抗干扰能力强等特点。

调速器采用适应式变参数PID控制规律，具备三种控制模式∶频率模式、功率模式、开度模式。空载时采用频率模式，并网后采用功率模式，功率反馈故障或没有采集功率电参量时则采用开度模式。

1.2 电源回路

调速器电源系统采用交、直流同时供电，经电源转换模块变为直流电源，交、直流输入电源任一路发生丢失或断电，不影响转换模块的直流输出。该模块还具有输出短路保护功能，负载短路不会引起输入电源故障。

电源模块的输出作为DC 24V开关电源的输入，DC 24V为PLC、电气操作回路、伺服比例阀、插装阀、引导阀、人机操作界面提供工作电源。

1.3 人机界面

图1 调速器系统组织结构框图

调速器系统人机界面采用台湾威伦通10.4寸触摸屏，具有独立处理器、主内存，可以根据需要开发出电厂实际需要的功能，如实验录波、实验数据计算处理及图形显示等。触摸屏具有多种通讯接口，如串口、ETHERNET、USB 等。

1.4 转速测量

调速器测速采用PLC高速计数模块中内置的1MHz高速计数功能直接测量，测频精度可以达到0.0025Hz。残压测频和齿盘测频互为冗余方式。齿盘和残压测速信号均分别传送至微机控制器。

在机组空载或正常工作时，以残压测频为主用、齿盘测频为备用；在机组开机或停机过程的机组的低转速区，则以齿盘测频为主用、残压测频为备用；在其中之一故障时，可以借助备用的测频通道维持调速器正常运行。

1.5 随动系统

随动系统包括比例伺服阀、数字引导阀、插装阀、双联滤油器、紧急停机阀等。整个系统均为板式集成块结构，没有明油管，结构简单，调整方便。比例伺服阀由可编程控制器输出的模拟量直接控制，具有频响高、动作灵敏、控制精度高等特点。小波动时由比例伺服阀控制，大波动时由引导阀控制的大流量插装阀控制，两者互相自由无缝切换，既满足小波动时要求的高精度又能满足大波动时的快速响应。本系统还专设分断关闭使用的快关阀组，满足分段关闭要求。一旦满足事故条件，可直接动作事故引导阀，再控制大流量插装阀快速关闭导叶，控制水轮机组不过速。

2 故障现象

调速器静态实验全部符合设计要求，根据调保计算确定调整导叶开机时间30s，关机时间13s，桨叶开关机时间都为50s。校正导叶、桨叶位移传感器行程，测频回路校正试验，协联关系验证试验，手、自动切换试验，模拟故障、事故试验，静特性试验，手动、自动开停机试验，模拟甩负荷试验。

调速器动态实验，自动开停机，空载扰动，空载摆动经过调整参数都优于国标标准。最后做带负荷试验，甩负荷试验。25%甩负荷不动时间0.18s，最高频率52.45Hz。带50%负荷时，导叶开度59%，桨叶开度20.3%。跳开出口断路器时，导叶、桨叶同时动作，快速关回，导叶开度关到48%位置突然停住不再回关，机组转速在经过短暂下降后快速上升，实验人员立即手动操作导叶粗调关闭电磁阀，无效果，再手动操作事故停机电磁阀，还是没有任何效果，导叶开度依然保持在48%位置，大约10s后，导叶才开始再度往回关闭至零开度，机组转速下降至正常停机。

初步怀疑故障现象由引导阀堵塞引起，于是拆下导叶部分引导电磁阀并清洗重装后，再次开机、并网、带负荷至50%，导叶开度60.3%，桨叶开度20.7%。再次跳开油开关，导叶开度关到48.5%位置停住不再回关，同样大约10s后，导叶才开始再度往回关闭至零开度。

3 故障原因分析

（1）引导电磁阀卡阻，导致其控制的插装阀无法有效动作，因此无法关闭导叶接力器。首先要排除用于微调控制的比例伺服阀，虽然其要求滤油精度更高，更容易被油里微小杂质卡住，但它不控制用于大波动调节的插装阀，即使出现问题也不影响插装阀动作。如果是粗调部分的电磁换向阀卡阻，导致其不能正常换向动作，因而插装阀不能正常动作，是会出现上述故障现象的，但是第二次实验前专门拆下清洗过该阀，同时出现故障时还人为手动动作过用于快速关闭的引导阀，甚至用于事故停机的引导阀，都未能如愿及时动作插装阀快速关闭，因此可以排除引导电磁阀卡阻的原因。

（2）反复对比查看两次甩负荷后故障数据，发现有几个相似点∶导叶都关闭到相同位置不再回关；都是停止关闭动作后经过相同时间，导叶才再开始动作；出现问题时都是桨叶有开度，桨叶没有开出时没有故障现象出现。

（3）数字阀组实际安装布置时，压力油源先经过桨叶阀组部分再到的导叶阀组部分，如果确实故障出现跟桨叶开出开度有关，应该就是甩负荷时出现大偏差，导叶、桨叶都需要快速关回，因为瞬时需油量太大，导致短时间油路供油不足，桨叶部分因为位置靠近油源，被优先保证动作，而导叶部分因为位置相对远离油源，所需油源需要先经过桨叶阀组部分，不足的供油结果体现在了导叶阀组上，导致其无法推动接力器活塞，使接力器关闭动作。当桨叶接力器行程从20%到全关后 (所需时间约为全行程时间1/5，即10s)，不再需要油源，导叶阀组部分重新获得足够压力源，重新推动活塞动作，导叶全关。

（4）甩负荷必须保证机组转速上升率不超过国标，转速上升率取决于导叶关闭速度，与桨叶关系不大，因此，必须想办法确保甩负荷工况导叶快速关回。机械部分安装布置在现场无法改动，也就是无法将油源改到靠近导叶侧。