关于水轮机调速系统的应用与故障维修

刘西明

摘 要：随着时代的发展和社会的进步，水电行业也获得了飞速的发展。作为水电行业的关键控制设备，水轮机调速系统控制着机组的整个发电过程，并且与水电站的安全运行以及经济效益的提高息息相关。文章对水轮机调速系统的基本结构和应用进行了介绍，并对水轮机调速系统故障维修的方法进行了深入的分析和探讨。

关键词：水电行业；基础能源设施；水轮机调速系统

随着高新技术的广泛应用，液压技术、机械微机控制技术也逐步应用到水轮机制造行业。品种各异、性能多样的调速器相继被设计和制造出来。水轮机调速系统在设计上得以优化，性能也获得大幅度的提高，使用上也越来越灵活和便捷。水轮机调速系统的应用在创造了更多的经济效益的同时，还有效提高了机组的安全性能和使用效率。在生产实际中，水轮机调速系统也不可避免地出现故障，为确保水轮机安全稳定运行，必须及时发现故障并做好维修工作。

1 水轮机调速系统的基本结构

水轮机调速器是电厂中必不可少的设备，起到调节的作用，同时也是水电系统中最重要的结构。控制部件和执行部件是调节器的两大组成部分。根据电网负荷的变化，水轮机调速器可以对电厂的有功功率输出进行适当的调节。为确保电能频率保持稳定，还需在规定的范围内对机组的转速进行控制。通常来说，水轮机调速系统即调速器和调速器控制的对象，其可靠运行与电能的质量和电网的安全息息相关，并且该系统的结构十分复杂，属于非最小相位、非线性的系统。因此，非常有必要对该系统进行研究，以优化和改进系统性能。

2 水轮机调速系统的应用

2.1 水轮机调速系统的发展应用

随着时代的发展，社会的进步，科学技术也在不断的发展中创新，并广泛的应用到生产和制造行业。作为水轮发电机组中重要的调控系统，水轮机调速系统的运行质量直接影响到机组的性能，进而对经济效益造成极大的影响。随着水轮机调速系统在水电行业中的广泛应用，水轮机调速系统也经历了一个从简单到复杂，从低效到高效的发展历程。而高新技术和设备的应用，也必将带动水轮机调速系统向着高科技、智能化的方向发展。纵观我国水轮机调速器的发展历程，基本可以分为纯机械液压调速器、集成电路电液调速器、可编程电液调速器和工控机这几个阶段。调速器的不断升级和改进，为电厂提供了更多的选择机会。

2.2 水轮机调速系统的工作原理

水轮机调节系统属于闭环系统，由水轮机控制设备和被控制系统组成。需要测量的参数有机轮转速、功率等，由测量元件对其进行测量并得出结果后，与给定信号和反馈信号进行综合。经放大校正元件控制执行机构、执行机构操纵水轮机导水机构和浆叶机构，同时经反馈元件送回反馈信号至信号综合点。

水轮机调节系统由压力产生装置和压力动作装置构成，即通过机械液压装置来实现其调节的功能。首先，将高压气体充入压力罐，接下来将压力油抽入压力罐体，所使用的设备通常为齿轮泵或者螺杆泵。对于常规油压调速器来说，通常需要充入空气，而对于高油压调速器来说，则一般使用氮气。气体在压力的作用下被压缩，产生所需的压强，并对油面产生作用，进而形成压力油，实现蓄积能量的目的。

在电气控制信号的驱动下，電液转换装置转换为机械位移，并通过压力油的做功使液压放大从而产生较大的力，接力器在力的作用下开度变大，使得导叶开度和浆叶角度发生改变，对导水机构的流量起到调节的作用，从而实现对于水轮机调节系统中各被控制机构的控制。

3 水轮机调速系统的故障维修

3.1 运行阶段的故障特征

3.1.1 新调试器在调试阶段的故障。新研制的调试器较为常见的类型为比例阀型和液压锁型。在调试阶段，其出现的故障主要表现为插头组件的接触不良、线圈老化、比例放大器故障、液压值不合格等。故障相对复杂，有时并非单一的故障，而常常是多种故障同时存在，互相交错。这两种新型的调试器是通过对普通压力阀加以改造得来的，因此也会发生普通压力阀可能发生的故障。

3.1.2 定型调速器在调试阶段的故障。在调试阶段，定型调速器出现的故障主要表现为脏物进入管道和元件、外部发生泄漏、动作不够灵活等。故障很容易被发现和排除，并且出现的可能性并不高。通过加强定型调速器阶段的管理，严格控制安装过程，将使得故障率显著下降。

3.1.3 运行前期的故障。调试成功后就可以开始生产，即所谓的运行前期。在运行前期，其故障主要变现为管道受到工作油液的反复冲刷、漏油现象也会发生在部分密封件上。同时，元件的工作状态不是很稳定，油液清洁度也明显降低。而随着运行时间的延长，进入到中期时，调速系统的故障率显著降低，系统元件在最佳的工作状态下运行。

3.1.4 运行后期的故障。在调速器运行的后期，经过长期的工作和各种负荷的作用，组件和元件都会出现不同程度的问题。这一阶段，其故障主要表现为故障率明显增加，内外部泄漏现象严重、效率下降、油泵启动过于频繁。因此，必须对已经失效的元件进行更换，定期对系统进行全面检查，对于损坏的元件加以科学合理的修复，还要考虑到经济性的因素。

3.2 调速系统的故障维修

3.2.1 管理好油液的性能和清洁度。水轮机调速器的顺利运行，油液是必不可少的，加强油液的管理，确保其清洁度和性能至关重要。46号汽轮机油是当前应用较为普遍的油液，而温度则是决定油液粘度的关键因素。油液粘度过高，将增大管路的损失。而油液粘度过低则会增大磨损和泄漏。必须及时对油箱内层的脱落物和管道的粘砂、锈蚀进行及时的清除，确保油液的性能和清洁度。

3.2.2 处理泄漏问题。调速器的高速动性使得一定范围内的液压冲击是很难避免的，这也是导致泄漏的重要原因，因此必须及时合理地处理泄漏问题。

3.2.3 延长调速器的寿命。调速器的使用寿命与可靠性跟周围的环境、使用情况等有着非常紧密的关系，必须在维护管理上多下功夫，改善使用条件和工作环境，延长调速器的使用寿命。

3.2.4 及时处理初期故障。水轮机调速系统在初期出现故障的概率比较高，这些故障大多是由设计和安装制作上的误差引起的，这些故障的发现和解决都需要很多时间，因此要特别关注初期故障。

3.2.5 处理好偶发故障。调速器在运行时发生偶发事故是很正常的，为了防止这类事故的发生，就要认真进行定期检查、掌握各个阶段的维护资料。

3.2.6 加强维护人员的维修知识。目前，随着水电行业的快速发展，维护人员的技术水平和维修知识有了很大的提高，然而仍不能满足水电行业高速发展的需求。而维护人员的知识技能水平是影响到故障维修管理水平的关键因素，所以维修人员的业务技能有待进一步提高。为改变故障维修工作相对落后的局面，确保调速系统的正常运行，必须加强对维修人员的培训，使其综合素质获得提高。

4 结束语

水电行业是关系到经济发展和国计民生的重要基础性产业，而水轮机调速系统则在其中发挥了重要的作用。因此，非常有必要对水轮机调速系统的应用与故障维修进行研究和改进，以推动和促进水电行业的健康稳步发展。

参考文献

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