洪江水电厂4#机导叶操作油管抽动故障诊断与处理

邓会祥 曾华清

（湖南五凌电力有限公司 长沙市 410004）

洪江水电厂位于湖南怀化市洪江区上游4.5 km处，是沅水流域一期滚动开发项目之一，安装有6台单机容量4.5万kW的高水头灯泡贯流式机组，总装机容量27万kW，额定水头20m，设计最高水头27.3m，最低水头8.4m，投产时是国内单机容量最大的灯泡贯流式水轮发电机组，目前仍是国内设计水头最高的灯泡贯流式水轮发电机组。

1 洪江水电厂调速器介绍

洪江水电厂调速器由微机调速器和机械液压系统组成，微机调速器包括主调节器、备用调节器，转速测量装置、现地面板和用于数据采集和信号转换及隔离的外围元件。微机调速器采用法国ALSTOM公司生产的PID型微机双调节调速器，对水轮机的导叶和桨叶进行调节；调速器配置两套完全独立的调节器（N1500、N1000），互为备用，从电源回路到反馈信号的输入回路均是独立的，主用调节器发生重大故障时自动切换至备用调节器，并可对主用调节器检查，排除故障后手动切回主用调节器；具有转速控制、功率控制和开度控制三种方式，三种方式之间可以互相切换。自2003年3月8日首台机组投入运行以来，调速器的稳定性、可靠性和快速性均能满足洪江水电厂的运行要求。

调速器型号：并联PID数字式调速器；

额定压力：6.4MPa；

导叶接力器容量：192dm2；

桨叶接力器容量：264dm2

导叶关闭时间：（6～20）s

桨叶关闭时间：（15～60）s

主要有如下特点：

（1）输入输出开关量经继电器隔离后引入调节器，模拟量输入输出采用隔离变送器，有利于提高调节器的抗干扰能力。

（2）机组转速测量为齿盘测速和残压测速两种方式，测速齿盘有三个感应式接近开关，一路引入N1500，一路引入N1000，第三路引入测速装置ADT1000，ADT1000提供15对开关接点，接点可在（0～300）rpm之间任意整定；机组测频电压信号取自机端PT，网频测量电压信号取自主变低压侧母线PT。

（3）导叶开度反馈采用感应式线性传感器，桨叶开度反馈采用位置变送器，导叶、桨叶主配压阀位置反馈采用接近式传感器，引入调节器的信号为（4～20）mA 的电流信号。

（4）导叶和桨叶具有协联关系，不同的水头具有不同的协联曲线；采用两段开机律，提高开机的速度，缩短开机时间；停机时采用分段关闭，减小快速停机或突减大负荷时产生的水锤效应。

（5）具有自诊断和程序诊断功能。当调节器出现一般故障时，如水头、上游水位、模拟量设置等故障，程序能自动处理，继续维持运行并不切到备用调节器；当调节器出现重大故障时，如输入输出板、接口板、位置控制器板和系统程序严重出错等故障，能自动切到备用调节器工作，不影响机组正常运行，只有当两个调节器均出现重大故障时，才通过停机电磁阀紧急停机；调节器出现故障时均有信号送至监控系统。

2 故障现象

（1）1月24日6时，4#机运行时导叶操作油管、过速飞摆操作油管固定管卡松动，油管振动剧烈，并偶尔有抽动现象，部分螺栓用手可以拧动，当时负荷为10MW，调整负荷后抽动消失。

（2）1月29日上午，4#机运行时，当时负荷为30MW，出现同样的抽动情况，停机后对管卡进行了紧固，开机至空转正常。

（3）1月 30日 2：35，导叶操作油管再次出现同样的异常抽动，当时负荷为45MW。

3 故障分析诊断与处理

从此次导叶操作油管抽动现象分析，可能与油管内有气体存在，或者调速器内部与外部存在干扰信号，并且干扰信号频率刚好达到了导叶操作油管路系统的共振频率，由此对4#机进行全面的检查，处理的思路是首先排除了油管内有气体存在的可能，然后对调速器内部参数及外围设备输入输出信号进行全面检查核对，排除由于内部参数设置不对及输入输出信号造成干扰信号引起共振，再就是排除外部干扰信号引起共振。

（1）1月24日首次出现导叶操作油管抽动现象后，对4#机调速系统参数和导、桨叶协联曲线进行了全面的检查，然后对导叶和桨叶主配压阀位置反馈量进行了检查。

检查到N1500的导叶主配压阀位置反馈电流X1：403为4.928mA,到N1000的导叶主配压阀位置反馈电流X1：407为4.978mA，与机组投产调试报告中 X1：403 为 5.03mA、X1：407 为 4.96mA 有一定的偏差。之后在停机状态、压力切断、导叶全关时对主配压阀的位置稳定情况进行了观测未发现异常，对比例阀状态进行了观测未发现异常。在机械专业人员对管卡进行全面的紧固后自动开机至空转，并对空转工况下导叶位置、主配压阀位置、比例阀位置进行观测未发现异常。在空转稳定的情况下并网带1万负荷运行，此时在检查主配压阀和比例阀位置曲线上有较多的尖波出现，但现场检查导叶操作油管抽动平稳，后带4MW负荷运行，在对导叶位置进行观测时发现其有一次比较大的抽动，导叶位置平稳状态下开度为16.2%，抽动时最大值为29.4%,在带4MW负荷运行一段时间后转为空转状态观测，空转稳定。

（2）1月30日上午，由监控系统模拟带负荷运行，分别模拟带25%、50%、75%、100% 的负荷进行观测，在模拟带负荷的过程中，调速器操作油管出现了异常抽动，并偶尔伴有剧烈抽动现象，油管抽动平稳时导叶开度为8.7%,抽动状态下导叶位置最大值为42.4%，在机组转为空转（即跳开励磁开关）后运行稳定，故初步判定为励磁系统对调速器有干扰。

（3）在上述操作均由主用控制器N1500操作及监视后，连接备用控制器N1000进行操作及监视，并作相应的比较，之后将N1500与N1000反馈线进行换线检查，发现仍有较多的尖波出现。

（4）现场检查发现主配压阀反馈电缆、比例阀电缆与励磁电缆在同一个电缆桥架内，遂初步断定为励磁电缆对反馈电缆及比例阀电缆的干扰。检查屏蔽线接地正常。将笔记本电脑连到N1500进行观测，更换导叶比例阀电缆，空载状况下异常抽动存在。恢复比例阀电缆，更换导叶主配压阀电缆，开机至空载，异常抽动依然存在。解开机端TV测频线，投励磁，仍有异常抽动，以及更换导叶比例阀电缆，解开机端TV柜内机频线，异常抽动依然存在。

（5）将调速器电气柜停电后再复电，空转转空载检查，故障依旧，将导叶主配压阀位置反馈传感器位置进行调整，N1500与N1000反馈电流均调整到5.01mA，开机空载状况下，抽动较以前稳定，但未能从根本上解决。

（6）励磁系统用示波器观测波形正常，调速系统用示波器观测无明显异常，更换导叶接力器反馈电缆，调整部分参数前后在空载状况下均有剧烈抽动。

（7）将4#机导叶位置变送器进行了更换，对导叶位置控制板POS板进行了更换，对PUI板进行了更换，对导叶主配压阀位置反馈进行了调整，压低导叶开限等均不能从根本上消除故障，均未能消除异常抽动。

（8）更换导叶位置传感器，将4#机调速器N1500（主用控制器）导叶位置传感器与 3#机调速器N1000（备用控制器）导叶位置传感器互换，缺陷消除。开机带负荷正常，机组转备用。

4 故障处理总结

1 月24日首次对调速器系统进行全面检查主配压阀和比例阀位置曲线上有较多的尖波出现，同时对导叶位置进行观测时发现其有一次比较大的抽动，由此可以判断出确实存在干扰信号导致异常，在干扰信号源未确定的情况下，带4MW负荷运行一段时间后转为空转状态观测，空转稳定，并且机组模拟带负荷未出现异常情况。干扰信号的不稳定给这次故障诊断处理过程增加了不确定性，也走了弯路。

对干扰信号的排查从上至下层层排除，机组开机、空载或运行，自动平衡状态下，导叶接力器、操作油管等幅或非等幅周期性快速往复位移，伴有响声，动幅大，快速高频。严重时影响转速正常调节，负荷快速交变，危及电网、机组安全和稳定。一般多为电气故障（或微机软件）、液压卡阻所致。

（1）油管内存在气体导致操作油管抽动一般出现在调速器液压系统充油后的前期，因为导、桨叶经过多次的来回操作后大部分空气已经排出，而且后期产生的油管、接力器的抽动频度、强度越来越弱。

（2）调速系统参数和导、桨叶协联曲线问题导致的问题一般是机组空载、单机或并列运行，自动平衡状态下，导叶接力器周期或非周期、等幅或非等幅低频往复位移。动幅较大，频率一般为2Hz以下（0.5Hz～2.5 Hz），接力器摆动往往会引起机组转速摆动，调节不稳定表现为持续不息或加剧，有时会自行消失。

（3）导叶位置、主配压阀位置、比例阀、功率、频率反馈根据其故障不同，调速器系统故障现象也不同。

（4）当机组未投励磁时机组运行正常，投入后机组马上有故障出现时可以断定是励磁系统引起的，但是这次故障诊断过程中并不是这样的，其实原因很简单，这是因为导叶位置传感器间断性故障导致的。

（5）主配压阀位置、比例阀卡瑟会导致机组溜负荷或持续加负荷。

（6）外部电缆干扰对调速器系统的影响主要与干扰信号的特点有关。