彭水水电站5号机组建模试验中负荷异常上升原因分析

刘晓云

（重庆大唐国际彭水水电开发有限公司，重庆 409600）

1 彭水水电站水轮机调速器

彭水水电站调速器系统主要由自动控制系统和机械部分组成。自动控制系统使用三峡能事达公司提供的PFWT-200-6.3型电液调速器，调速器机械部分主要由GE原装进口的FC20000阀组、油压装置、接力器与事故配压阀组成。

三个独立的微机控制器A套、B套及C套组成彭水水电站调速器自动控制系统，A、B、C三套互为备用。微机调节器（A和B）+机械液压系统=自动调节通道，微机调节器（C）+机械液压系统=电手动控制通道。三套间的数据通过MB+网实现交叉冗余冗错，在机组运行时能无扰动切换。调速器能在频率模式、开度模式、功率模式三种模式下运行，能够实现调速器手/自动控制模式、运行无扰动切换以及自动控制导叶、按水头自动整定空载开度、开机、停机等功能。

机组并网前调速器仅能在“频率模式”运行，机组并网时转为“功率模式”或者“开度模式”。机组正常在功率模式下运行，如果调速器检测到来自监控系统的功率给定输入有故障，调速器自动切为开度模式运行，监控系统根据调速器的模式信号切换至相应的开度模式调节方式。机组并网运行后频率波动超过±0.5Hz时，调速器自动由开度模式或功率模式转为频率模式，即“孤网运行”方式。

调速器控制系统及转速继电器测频信号来自齿盘和残压。在正常运行时以残压测频为主，齿盘计数测频为辅。

2 彭水水电站5号机组调速器负荷异常上升的原因分析

事件概述：2012年1月15日，5号机组C级检修后做调速器建模试验，在对调速器进行带负荷频率调整试验后，机组当时所带固定负荷为270MW，导叶开度54%。试验人员已完成各项试验参数测定准备结束试验时，在没有上位机和人员干预的情况下（上位机有功调节退出模式），导叶开度在8秒钟内突然增加到83%，有功功率增加到430MW，在导叶开度达到83%后2s钟导叶开度开始自动逐步减小到54%，5号机组有功功率稳定在270MW。5号机组功率异常上升时，导叶开度、有功功率波形如图1所示。

监控报文有：“励磁调节器综合限制动作”、“励磁过励限制动作”、“励磁欠励限制动作”。

停机后全面检查调速器系统无异常。

3 原因分析

（1）监控开出继电器原因

机组在自动运行工况下，调整负荷的指令由计算机监控系统向调速器发出，监控系统通过监控本身的开出继电器来发出该指令。由于监控程序原因将增功令持续开出，或模块故障，增功继电器接点黏连，都会引起调速器的增功输入信号长期存在，引起机组负荷出现大的波动，造成溜负荷的后果。技术人员检查监控当时为有功调节退出模式，排出了程序原因，检查输出模件和继电器接点以及至调速器信号接线，没有发现异常情况，基本排除了监控误发信号原因。

图1 5号机组导叶开度、有功功率波形

（2）导叶位移传感器故障

导水叶位置传感器将导叶机械位移量变换成数字量送给微机调节器，作为实际的导叶开度，其与导叶开度给定值在微机调节器内部进行比较产生差值，此差值再用来控制微机调节器与比例伺服阀执行机构。自动通道A套、B套和电手动通道C套调节器系统中的每一调节器的导叶位移信号取自动独立的位移传感器。当导叶位移传感器故障时，调速器导叶开度输入故障，导致输入给比例伺服阀的电信号错误，引起溜负荷。当机组开机状态下，调速器自动通道导叶反馈故障后调速器将开度保持在故障前状态，当三套全部消失时调速器自动关闭导叶，不会出现突增开度现象；检查调速器三套导叶开度传感器没有异常情况；基本排除了导叶位移传感器故障原因。

（3）调速器测频通道故障

由于调速器残压测频模块异常，造成测频模块输出跳变，PLC测的机组频率跳变，当其跳变值大于0.5Hz时，调速器自动将开度模式转为负载频率模式（为孤网模式），此时频率的波动相当与调速器在空载模式下的频率扰动，导叶开度就有可能在短时间内大幅度变化。通过模拟机组开机情况下，在测频回路端子上加电压信号，改变此电压信号的频率，观察工控机界面上频率显示是否与所加频率一致，来验证测频通道及测频模块是否完好。检查调速器测频模块时，使用频率发生器校验测频模块没有发现异常情况，检查PLC运行正常。基本排除了调速器测频通道故障因素。

（4）比例伺服阀及压力油油质原因

比例伺服阀将调速器发出的负荷增减的4～20mA电信号转换为输出的油流量去驱动主配压阀，经过主配压阀液压放大后控制主接力器动作导叶，从而实现机组负荷的调整。其应具备高精度、高响应性能、良好的耐污能力及防卡能力。比例伺服阀工作不正常，可能引起机组负荷突变。

比例伺服阀微机调速器是由微机调节器和电液执行机构组成的。电液执行机构包括比例伺服阀、主配压阀、油缸油管路及其中的透平油。影响电液执行机构执行力的原因除了阀体自身特性以外，油质也会产生很大影响。如果油中存在金属性的较大杂质，在机组运行过程中，比例伺服阀或主配压阀的油缸内壁会造成损伤。当机组增减负荷时，比例伺服阀及主配压阀动作被油中杂质卡住而不能很好的回中，造成机组负荷调整值与实际值存在比较大的差异，造成机组溜负荷。所以定期滤油及更换滤网是很重要的工作。机组在发电态下，由于主配压阀毛刺或透平油含有杂质进入主配压阀，造成主配压阀在开方向卡阻，负荷突增。但是由于主配压阀由于机械原因卡阻不可复归，即主配往开方向卡阻后不能自动归中，这与当时过负荷现象不吻合，基本排出主配卡阻原因。

（5）试验仪器（发频设备）异常

由于5号机组出现过负荷情况时，调速器建模试验接线未拆除，调速器测的机组频率为试验仪器所发出，当试验仪器所发出频率信号有突变时，调速器测频模块测的频率相应突变，导叶开度就会在短时间内大幅度变化。

导叶开度与频率的关系如下方程式（1）：

其中△Y为机组导叶开度变化；△f为机组频率变化；BP为调速器永态转差系数，5号机组设置为4%。

由方程式可得出方程式（2）：

由方程式（2）可知，当时5号机组调速器频率波动值大于0.5Hz时，调速器自动将开度模式转为频率模式运行，进行孤网运行状态，一次调频不起作用。查看调速器导叶开度波形，此波形类似空载频率扰动试验的波形，更加验证了5号机组频率突变是此次5号调速器负荷异常上升的原因。引起频率突变的可能原因有调速器测频通道故障，见上文第（3）条，可排除。另一个原因是外部信号跳变，见上文第（5）条。

经开分析会一致认为5号机组出现过负荷原因为第（5）种原因。

4 类似事故预防措施

（1）严格按照试验规程及通过审批合格的技术方案执行相关步骤做试验；

（2）试验前，做好现场“三讲一落实”工作，现场工作负责人及试验负责人应向参加工作的试验人员交代安全注意事项，严格遵守生产现场的各项管理制度；

（3）外来试验人员应熟悉本厂调速器系统工作原理，必须具备相关工作能力且经过安全技术交底后方可到现场工作；

（4）试验前必须对试验仪器进行检查，查看试验仪器是否是由具备检定能力的单位检定，且仪器在检定周期内，输入输出信号正常，工作可靠，具备较强抗干扰能力；

（5）按照相关规定和设备使用规程正确布置试验接线、正确使用仪表及工器具，试验接线采用屏蔽电缆，电缆屏蔽层和试验仪器应接地；

（6）严格遵守工作票制度，在调速器和相关设备系统上接入和拆除信号线必须严格按照继电保护措施票执行；

（7）严禁在试验设备及盘柜警戒线范围内使用对讲机和手机等无线通话设备，严防因该原因造成机组运行不正常；

（8）试验结束后及时通知运行部门将调速器运行方式由自动工况切至手动工况，工况切换后拆除试验接线，防止参试机组误动作，误发频给信号，造成不良后果。

[1]周伟.彭水电站调速器系统控制及遇到的问题浅析[J].水电与新能源，2013（z1）.