某水电厂调速器改造历程

汪江峰，刘文峻

（国网新源控股有限公司检修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310000）

某水电厂调速器改造历程

汪江峰，刘文峻

（国网新源控股有限公司检修分公司杭州分部，浙江省杭州市 310000）

简要介绍了某水电厂50年来调速器运行维护中发现的问题及调速器历经的多轮改造中使用过的各种类型调速器性能、优缺点、易出现的缺陷，为水电厂使用的各类调速器运行维护提供相关经验。

调速器；运行维护；比例伺服阀

0 引言

某水电厂是新中国成立后建设的第一座“三自”电站，1960年4月22日第一台机组投产发电，现有装机9台，总容量85万kW。其调速器的改造历程完整的涵盖了整个调速器发展的历史，经历了从T型机械液压式调速器到JDT型电液调速器，再到WBT和WBDT型步进式调速器，近年来又陆续将步进式调速器更换为PFWT型比例伺服阀+伺服电机型微机调速器和CVT型数字式调速器。

1 机械式与电液伺服式调速器

该电厂自1960年第一台机组投入运行以来，一直采用的是T-100型和DT-100型机械液压型调速器。基于当时的技术水平和加工制造能力，改型调速器也能基本满足机组的运行，但整体稳定性不够，经常出故障。长期运行发现，该型调速器主要有以下几个缺点：①调速器静特性，转速死区大，速动性和稳定性较差。②电气元件易老化，使用寿命短故障率高。③机调柜内都是明管路，交错复杂，日常维护和检修不便，接头漏点较多，操作不便。④日常维护工作量非常大。

进入90年代初，经过厂有关职能部门和班组调查研究。1995年1月，电厂在5号机开始使用KZT-100微机调速器，同年8号机也使用该型号。1995年7月在3号机使用WT-100微机调速器，陆续在1号机、6号机上也使用该型号。

KZT-100、WT-100-STARS微机调速器的伺服系统采用的是环喷式电液转换器。由于电液转换器先导级动圈部分作用力较小，电液转换器在进行液压放大时需要压力油源，喷环对油质的要求比较高。在实际运行中，由于供给环喷装置的油质不满足要求，电液转换器容易出现环喷装置发卡、拒动、零漂等故障，手/自动切换电磁配压阀和增/减电磁配压阀也经常发卡。这些故障严重影响到机组的安全运行。另外，由于环喷装置需要压油装置提供压力油，并且其耗油量也大，这也造成油压系统的压油泵频繁启停，不利于压油泵的安全运行。此外，该型号调速器的接力器行程反馈信号是采用钢丝绳反馈机构，由于反馈时，反馈机构需要较大的拉力，经常会出现钢丝绳断裂的现象。钢丝绳频繁断裂也一度成为困扰机组安全运行的重大缺陷。KZT-100型调速器机械液压系统见图1。

从缺陷统计表1可以看出，使用环喷式电液转换器的KZT-100、WT-100型微机调缺陷率高达66.7%（1999年），最高时达到92.9%（2000年）。

图1 KZT-100型调速器机械液压系统Fig.1 Mechanical hydraulic system of KZT-100

表1 调速器缺陷统计表（1999～2002年）Tab.1 Defect statistics of the governor

2 调速器改造过程及分析

随着工业技术水平和加工制造精度的提高，调速器的种类和控制方式也不断丰富，为提高设备运行的稳定性、可靠性及性能指标，进一步提高电站的综合自动化水平，电厂对调速器进行了多个阶段的更新改造。

第一轮改造：1995年开始，将原有的机械液压型调速器更新为电液伺服系统的微机调速器。基于环喷式电液伺服系统存在的诸多问题，电厂在经过统计分析各类缺陷发生频率及产生缺陷的原因后，又对调速器厂家、同类水电厂等单位充分调研，为进一步提高调速器调节的可靠性，该厂对调速器进行了第二阶段的改造。

第二轮改造：1999年7月该电厂开始实施增容改造工程，单机容量由72.5MW增加到95MW，调速器也同步进行了新的一轮改造。

该次改造调速器更换为WBDT-100型步进微机调速器（见图2）。此调速器由伺服系统采用的是步进电机组成的电机伺服装置，取消了抗油污能力差的电液转换器，提高了可靠性。电气回路取消了电位器和继电器，减少了接触不良、抗干扰性差的不足。易于实现无条件、无扰动的自动至手动的切换。机械柜内取消了电液转换器、手/自动切换阀、增/减电磁阀等相应管路，简化了开度限制机构、简化了杠杆，减少了漏油量，极大地减少了日常维护工作量。步进式调速器缺陷率低，可靠性高。从1999年7月9号机开始使用WBDT-100型步进式微机调速器，后来其他机组逐步更新。从近6年的运行状况来看，缺陷发生率极低，全年只有l、2次缺陷。该调速器的性能完全能够满足电厂运行需要，机组的各种运行模式的切换和正常运行能够得到保证，大大地提高了机组运行稳定和可靠性，确保电厂供电的电能质量。

图2 WBDT-100型步进微机调速器Fig.2 WBDT-100 type step microcomputer governor

第三轮改造：随着使用年限的增加，WBDT-100型步进式微机调速器在机组的日常运行中也有逐步出现引导阀发卡、步进电机有异音等现象。2008年该厂1号机曾发生3次引导阀发卡，7号机发生2次引导阀发卡。2008年7月还曾发生负荷从20MW增加到90MW的过程中，当步进电机全开时，步进电机丝杆与平衡杆全部脱开，引导阀因发卡，不能动作。后经运行人员将调速器运行方式由自动改手动，操作手轮将步进电机关回。当手轮压到平衡杆后，继续往下压，引导阀活塞向下动作，再操作手轮控制步进电机使引导阀活塞往上关机。通过几次手动操作后，引导阀活塞才逐步消除了发卡的现象。2008年曾发生引导阀背帽松动，引起引导阀活塞偏移中间，当引导阀活塞下移，引起调速机零位改变，压力油进入接力器的开机腔，从而导致导叶打开，造成机组自开机的情况。2009年6号机组大修甩负荷的过程中，也发生引导阀发卡事故，后通过引导阀重新安装调正，方消除了引导阀发卡。

第四轮改造：随着电网对电厂的一次调频和黑启动等调节能力的要求不断提高，就需要对调速器的性能提出更高的要求。该电厂为了满足黑启动和AGC调节的需求对调速器开展了第四轮改造。

该厂职能部门通过对电网对机组调节能力的分析，认真总结了调速器所需满足的技术要求，并与专家沟通，确定了当前一轮调速器改造，调速器需达到的各类技术指标。在2010年9号机大修过程中，调速器更换PFWT-100-2.5型比例阀、伺服电机冗余调速器（见图3）。

图3 PFWT-100-2.5型调速器Fig.3 PFWT-100-2.5 type governor

随着水轮机调速器性能不断发展，为比较不同型号调速器的调节性能，该厂于2012年3月2号机大修时引进了CVT-100数字式水轮机调速器（见图4）。

图4 CVT-100数字式水轮机调速器Fig.4 CVT-100 digital hydraulic turbine governor

3 最新调速器的特点比较

3.1 PFWT-100-2.5型调速器

此类调速器有两套伺服系统，两个自动运行通道。第一种为比例伺服阀：由微机系统计算分析后输出的信号送到比例阀，再由比例阀输出压力油信号控制主配压阀操作接力器动作。第二种为伺服电机：伺服电机将旋转运动转换为机械的直线位移输出，驱动引导阀上下动作，再通过主配压阀液压放大系统控制接力器动作。

该调速器紧急停机阀组处于优先位置，可保证机组在紧急状态下安全关机。而当调速器交、直流电源发生故障时，伺服电机直线位移转换器能保证主配压阀自动恢复至中间位置，维持导叶在故障当前位置，并可实现纯手动开关导叶。通过两年机组运行情况来看，调速器能优质地完成各项调节任务。比例阀调速器结构简单，取消了机械反馈，极大地减少了维护量。但比例阀对油质的要求较高，需定期检查油质情况和清洗油过滤器。目前该厂已有1、3、4、5、6、8、9号机调速器更换为PFWT-100-2.5型调速器。

3.2 CVT-100数字式调速器

CVT-100数字式调速器采用逻辑插装技术，由高速开关阀与逻辑插装阀等标准液压件进行元件—组件—回路的多层次组合和优化，进而实现了调速器调节和控制。

它突破了传统的电气—机械/液压转换元件＋主配压阀的形式，完全取消了主配压阀，调节、控制无需“中间位置”与机械反馈来保证。它由电气调节柜和机械调节柜两部分组成，电气柜接收来自监控、保护系统及机组多种传感器信号；如导叶反馈信号、电网频率、水头有功等信号，经过计算下达导叶调节信号到机械柜，通过机械调节柜液压放大实现开停机。

机械液压随动系统采用模块化结构，可根据使用需要进行灵活的组合和布置。整个液压控制柜具有很高的集成度，无任何的杠杆、钢丝绳及外露管路。

它还利用高速开关阀与插装阀的优化组合，取消了传统的主配压阀、电液转换器等问题较多部件，从根本上消除了调速器阀件工作不可靠的机理，如拒动、发卡、零位漂移等。电气部分无需电气D/A转换，把微机直接与液压部分结合起来，简化了系统结构，电液转换过程快捷无时滞、信号失真小。将数字技术所具有的稳定、可靠、高精度及可附加外部运算单元等优点带到调速器液压随动系统中来，控制方式的实现灵活易行，从而降低了出现故障的概率。即使电气部分彻底失灵，也能使接力器保持当前开度始终不变并自动切为手动运行，避免故障的扩大以及由此造成的不良后果。

对于CVT-100数字式调速器，电厂实际安装过程中，由于调速器设计人员未充分考虑到油压变化问题，该型调速器设计油压为4.0MPa，而电厂额定工作油压为2.2MPa，因压力偏低，接力器关闭时间过长，机组甩负荷时导致机组转速上升率偏高。因无法加大调速器插装块孔径和主控阀活塞的直径，也无法提高全厂液压系统压力，现场安装时最终采取了缩短主控阀活塞长度，增大工作油口流量的方法才解决了关机时间过长问题。

4 结束语

以上所述为该电厂水轮机调速器50余年来改造的一个大致过程。每个阶段都不同程度地解决了存在的问题和缺陷，可靠性不断提高，运行指标不断优化。由于调速器各项性能及系统工作效率的不断提高，诸如油泵启停频率、缺陷发生率等都得到了改善，目前使用的调速器有显著的节能、环保、增寿的效果，并且该两类调速器整体结构简单、操作简便、维护工作量极小。

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Transformation Course of Governor in a Hydropower Plant

WANG Jiangfeng，LIU Wenjun
（Hangzhou Branch of Maintenance Company State Grid Xinyuan Company LTD，Hangzhou，310000，China）

For the last 50 years，the problems found in the operation and maintenance of the governor and the various types of governor performance，advantages and disadvantages，easy to appear defects used in the transformation of the governor after many times were introduced in the paper.These content can provide relevant experience for the operation and maintenance of all types of governor used in hydropower plant.

governor；operation and maintenance；proportional servo valve

TK733+.1 文献标识码：B 学科代码：470.3030 DOI：10.3969/j.issn.2096-093X.2016.06.010

2016-06-11

汪江峰（1970—），男，水轮发电机组调速器机械检修技师，长期从事水电站机组检修。E-mail：wjfht@sohu.com

刘文峻（1989—），男，助理工程师，长期从事水电站机组运维检修管理。E-mail：liuwenjun_89@sina.com