万雅男

(新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 伊宁 835000)

水力发电是最为环保的发电方式，因此得到国家的普遍重视，装机容量越来越大。我国的水电装机容量已经达到数亿千瓦，并且这个数字还在上涨阶段。水力发电不仅对环境不会造成破坏，还可以节省大量的能源，在所有发电模式中，水力发电是非常重要的模式之一，对环境污染的可能性几乎为零，可以被一直沿用。水电发电装置中的主要组成部件就是调速器，可以按需调节发电机的运行速度，让系统频率可以保持在指定区间。调速器出现故障是不可避免的，发生故障之后必将影响系统频率的稳定性，发电机组无法继续联网，所造成的影响非常大，因此需要就调速器可能出现的故障研究出具体的处理办法，制定出应急预案，调速器一旦发生故障可以在第一时间完成维修工作。

1 调速器存在的意义

1)可以调节冲击式和转浆式水轮同时运转产生的排斥反应。

2)调节器可以帮助水轮发电机组分配到适当的负荷，在节省成本的同时，发电机组还可以正常运行。

3)水轮发电机组在启动时，调节器可以帮助其加快速度，应对不同的负荷，不会影响发电机组的正常运行。

4)帮助水轮发电机可以持续保持正常运转速度，帮助水电站发电机组不受功率影响可以持续运行。

2 水轮发电机组应用调速器的具体原理

通常情况下，水轮发电机由于能够产生更大的发电量会被大电网准入。电力系统的负荷并不固定，发电机组并网之后其发电能力要随时根据电网负荷做出调整，系统可以在正常功率内正常运行，并且系统频率可以保持稳定。如果功率平衡等级时，可以调节系统频率解决这一问题。电力系统以此调频需要借助调速器来完成，水电机组离不开调速器，火电机组也是如此。

3 调速器常见故障、原因分析以及处理方法

3.1 开机后出现的常见故障、原因分析以及处理方法

3.1.1 开机后发电机组网频频率低

调速器出现故障的具体表现：诸多因素导致发电机组产生的网频频率与预期值产生有一定差距，各个发电机组无法并网，对预设的发电要求无法完成。

出现这种故障的主要原因：调速器运行参数设置出现问题就会出现这些故障，在水位高度不足的情况下，水头的实际值和设置值出现偏差，机组转速达标之后，导叶必将达到一定开度，完成机组对电网频率的追踪就可以解决这一问题。

故障维修处理方法：调速器如果出现这种故障可以在调速器的触摸屏上对开度值进行限制设置，基本上就解决了这种类型的故障。

3.1.2 开机后调速器显示器功能异常

调速器出现故障的具体表现：发动机运行未受到影响，调速器的显示器不能正常显示。

出现这种故障的主要原因：说明机频信号出现异常。

故障维修处理方法：认真检查机组的信号传递是否正常，可能是线路中断影响了信号传递，找到原因之后要在第一时间处理。

3.1.3 开机后机组转速不稳定

调速器出现故障的具体表现：发电机组转速不稳定，机组频率未受到影响，或者在一定区间内变化明显，导致发电机组无法并网。

出现这种故障的主要原因：这种故障的主要诱因是电源模块与之前相比产生差异，电源模块经过转换之后电压变为+5伏或者+24伏，这样在电源稳定转换受阻的情况下，调速器的显示屏边无法正常工作，或者是调速器的某些部件无法完成传动导叶的正常运作，调速器的运转同样会受阻，在这种情况下导叶开度无法配合调速器接力器的工作，对其接收的命令无法第一时间完成，增加了其命令负荷，机组参数在某区间内不停在浮动，机组运动作业受阻。

故障维修处理方法：检测电源模块在转换之后的电压数值，正常为+5伏，未达到这个数值需要及时更换电源模块，更换完成之后重启机组，保持电机组清洁，对稳定电机组的运转速度有帮助。

3.2 发电机组运行时导致负荷不稳定的原因及处理方法

3.2.1 发电机组运行零负荷

调速器出现故障的具体表现：发电机组出现异常，负荷值表现为零，机组无荷载，输出功率与开度存在偏差。

出现这种故障的主要原因：导致出现这种故障的关键是在操作机组断路器时出现失误，也可能时其他原因造成的。

故障维修处理方法：操作断路器时要采取正确的方法。对可能导致故障发生的其他因素逐一排查。

3.2.2 发电机组运行负荷过大

调速器出现故障的具体表现：发电机组运行负荷过大，导致跳闸。

出现这种故障的主要原因：发动机组在运行时承担的负荷过大，调速器也会如此；并网后的机组对导叶开度的限制值会被调速器放到最大化，机组频率会出现不稳定现象，调速器导叶开度稳定的情况下，电流量会迅速增大，便会导致跳闸。

故障维修处理方法：发电机组运行操作人员的具体操作办法可以处理这一故障，负荷超出限制值时，机组操作人员可以在许可范围内加大额定值，可以有效控制事故进一步发生。稳定之后在第一时间与生产商取得联系，获取调试器程序更改办法，要迅速解决故障才能让事故发生在可控范围内。之后可以安装超负荷报警系统，一旦出现问题可以及时做出处理，避免不必要的损失。

3.3 电气故障出现的原因及处理方法

3.3.1 开机前光字牌位置偏移

调速器出现故障的具体表现：开机前一段时间，光字牌位置出现偏移，脱离了调节器的控制。

出现这种故障的主要原因：发生这种故障与调速器本身有很大关联，主要是因为马达无法正常工作，可能是发电机在运行过程中震动导致马达螺丝松动并掉落。这是调速器长期被震动导致的。

故障维修处理方法：检查调速器马达的固定螺丝是否脱落，固定好脱落的螺丝之后可以检查其他螺丝是否出现松动脱落迹象，并一起处理。螺丝拧紧之后依然无法保证固定性，可以采用其他方法，比如胶水等可以帮助螺丝固定，也可以换其他可以固定的螺丝。

3.3.2 柴油机运行出现故障

调速器出现故障的具体表现：在所有运行参数均未发生任何异常的情况下，柴油机无法正常运转，调速器对其也失去作用。

出现这种故障的主要原因：发生这种故障还是调速器出现了问题，其电气高速限位止动螺丝错开了原有位置导致该故障的发生。

故障维修处理方法：将电气高速限位制动螺丝移到正确的位置上，保证柴油机无论是空载还是满载状态都可以正常运行。

4 案例简析

此次的案例分析选取了IEEE 14节点系统，根据该系统完成水轮机调速器的故障分析。IEEE 14节点系统的构造细节如图1所示。

图1 IEEE 14节点系统

电力变压器和发电机组是构成IEEE 14节点系统的主要电气设备，数量分别为3台和5台，这5台发电机组包括三台水电机组和两台火电机组，水电机组分别为1、4和8节点，系统负荷总量为260兆瓦。IEEE 14节点系统有关于变压器和线路的参数标准。不同状态的机组调速器所产生的故障做出分析如表1所示。

表1 调速器的故障状态

如表1所示，假设系统负荷总量的十分之一便是功率缺额，假设调速器运转速度降低时，发电机组的功率缺额为系统负荷总量的二十分之一，那么调速器在运转速度升高时，其发电机组功率缺额在系统负荷总量的占比与运转速度降低时一致；功率缺额为正或者负，调速器均无法正常运转。针对调速器产生的不同故障表现出的状态，做出以下分析如表2所示。

表2 系统频率表

从表2中我们可以看出，系统功率缺额为正数时，系统频率偏低，主要原因是系统负荷超出了发电机组运行的载荷。系统功率缺额为负数时，系统频率偏高。调速器作为水轮发电机组的重要组成部件，可以维护水轮发电机组的正常运转，因此要重视调试器的日常维修和养护工作，保证其可以高效运转，为水轮发电机的安全运转提供保障，为水力发电工作保驾护航。

5 结束语

水电站发电机组离不开调速器的作用发挥，它并不是发电机组主体结构，其功能和作用却是无可替代的。调速器的正常运行时保证发电机组安全正常运行的基础，必须做出日常检修和保养工作，一旦出现故障要在第一时间处理，可以有效控制事故的进一步扩大，产生不必要的损失，让水力发电机组可以高效安全运行，真正实现水力发电无污染、绿色节能的特点。就水电站调试器可能出现的故障给出问题产生的原因及其解决办法，并结合IEEE 14节点系统，通过案例分析法对所提出的故障处理方法做出研究分析。最终结果发现，有效的处理调速器故障，可以降低许多不必要的经济损失，对水力发电企业而言是提高企业效益的有效办法。