柴河电站水轮机调速器技术改造

魏闻天　薛海波　纪庆周

(辽宁省柴河水库管理局，辽宁 铁岭　112000)



柴河电站水轮机调速器技术改造

魏闻天薛海波纪庆周

(辽宁省柴河水库管理局，辽宁 铁岭112000)

【摘要】调速器作为自动控制最重要的设备之一, 直接关系着电站的综合自动化程度。柴河电站运行30年来一直使用机械液压调速器，而机械调速器在运行中的弊端日益凸显，故障不断增多。本文根据柴河电站实际情况，分析了原机械调速器存在的缺陷和不足，并对水轮机调速器的改造情况作了介绍。

【关键词】水轮机；调速器；缺陷不足；改造

1概述

柴河电站位于辽宁省铁岭市铁岭县熊官屯镇，为坝后式电站。电站设有3台机组：装机3200kW的立式机组2台，水轮机型号为HL240-LJ-140，采用YT-600型调速器；装机630kW卧式机组1台，水轮机型号为HL240-WJ-71，采用CT-40型调速器。两种水轮机调速器均为机械液压型调速器，已在柴河电站运行使用30年。我国很多中、小型电站，依然沿用机械液压调速器，这种调速器的优点是故障率低。缺点是:ⓐ由于机械杠杆间的配合、转动套和针塞之间搭接量的存在等因素影响,死区大,灵敏度低；ⓑ离心飞摆感应式电动机需配套一台永磁发电机提供电源，增加了造价，也增加了测速系统的故障点；ⓒ由于机械液压元件损坏或机械故障、配压阀卡塞、调速器设计选配不当等因素的影响，机械调速器卡阻现象普遍存在，严重时将不能启闭导叶。以上缺陷在柴河电站的3台水轮机调速器中普遍存在。因此，对调速器进行技术改造已是势在必行。

2原调速器特点及存在的缺陷

柴河电站采用两种不同型号的水轮机调速器：YT-600型调速器及CT-40型调速器。两种调速器各具特点，但经多年运行，已经逐渐不能满足电站机组自动化水平的要求，调速器存在的缺陷也日益增多。

2.1YT-600型调速器的特点

YT型调速器是用于混流式、轴流式或斜流定桨式水轮机的小型带油压装置的机械液压调速器。其接力器容量为600kgf·m。其主要技术数据为：ⓐ永态调差率0～8%；ⓑ转速调整机构工作范围-15%～+10%；ⓒ接力器关闭时间的调整范围1.5～5s；ⓓ缓冲时间常数0～20s；ⓔ暂态调差率0～100%。该调速器由离心摆与引导阀、配压阀、缓冲器、主接力器、控制机构、传递杠杆及油路系统等部件组成，采用了调速器与油压装置及接力器组成一体的合成式结构，具有PI调节规律。该调速器不仅可以满足自动调节及远距离控制的要求，还可以在机旁操作开度限制机构手轮，进行油压手动控制，以满足调速器自动调节机构失灵情况下继续供电的需求。

2.2YT-600型调速器存在的缺陷

a.离心摆、引导阀存在的缺陷。离心摆与引导阀是调速器中的重要部件，经过多年的运行，YT-600调速器在实际运行中存在离心摆因转动不良发生转动套卡涩、跳动等现象。多年运行导致引导阀转动套磨损严重，转动套最大摆度超标，飞摆运动阻力不断增大，转速测量出现误差。在检修飞摆的过程中，检修人员难免忽略对引导阀返馈针塞棱角的保护，导致棱角被碰伤或磨损，使返馈针塞与转动套油口搭叠量发生变化，导致运行稳定性降低，飞摆特性变差，调速器动态品质恶化。

b.辅助接力器和主配压阀存在的缺陷。辅助接力器与主配压阀为液压信号的放大元件，其动作要可靠，否则会出现调速器巨动等重大故障。主配压阀壳体是铸造件，其中的油路弯曲狭窄，表面贴附型砂不易清除，经透平油浸泡脱落后被带入衬套与活塞之间，容易造成主配压阀活塞卡死引起飞车事故，存在极大安全隐患。

c.液压缓冲器存在的缺陷。缓冲器是形成调节规律的重要部件，它的性能和结构的关系极为密切，其加工质量、装配工艺及调整方法都将直接影响其性能。缓冲器从动活塞回中特性的好坏，对调节过渡过程品质的影响和对引导阀平衡位置静准确度的影响是显而易见的。在运行检修过程中发现，缓冲器存在的主要问题几乎都集中在从动活塞的回中特性上。缓冲器由于壳体内杂质多，活塞磨损，三角节流口碰伤、结垢，检修回装时受到装配误差等因素的影响，导致从动活塞回中时跳动、卡涩、上下回复对称性差，缓冲时间Td出现误差。

d.油压系统存在的缺陷。YT型调速器设置带中间油罐的自动补气阀，以使压油管能满足油气比的运行要求。由于柴河电站YT调速器运行时间过久，致使补气装置吸气管松动、吸气管管口距回油箱油面的距离调节不正确，造成补气不正常。运行人员需每隔半小时就要对压力油罐进行一次手动排气或排油，以确保压力油罐正确的油气比。由于人为的排气或排油，造成油泵启动频繁，严重影响了油泵的使用寿命。因为油泵的频繁启动，使用以控制油泵启停的压力表电接点经常烧坏，导致油泵控制失灵。

e.自动化能力低，无法满足电站自动化水平的要求。

YT型调速器在运行中存在的问题和缺陷，主要依靠频繁的检修、维护、调试工作来解决，但在目前技术状况下，会存在许多困难。对调速器控制部分进行彻底的技术改造，提高电站自动化运行水平，已十分迫切。

2.3CT-40型调速器的特点

CT-40型调速器为合成式调速器，即控制柜、接力器和油压装置都装在一起。该调速器主要是供混流式水轮机调节用的中型机械液压调速器。离心摆由一同步电动机驱动，由永磁发电机供给电源。该调速器可以在柜前手动操作，进行机组的启动、停机或事故停机。

主要技术数据为：ⓐ永态调差率0～8%；ⓑ变速机构的工作范围-15%～+10%；ⓒ接力器关闭时间的调整范围2～8s；ⓓ缓冲时间常数0～20s；ⓔ暂态调差率0～100%；ⓕ调速功2000～3720kgf·m。

2.4CT-40型调速器存在的缺陷

CT-40机械液压调速器运行中存在的问题很多，主要体现在以下几个方面:ⓐ水轮机调节系统灵敏度相对较差，转速死区大，存在较大的调节误差，机组空载运行时机组频率波动很大,稳定性比较差；ⓑ机组频率无法自动跟踪电网频率,及时准确并网较困难,机组在同期并网时冲击电流大，经常引起保护跳闸，导致并网失败；ⓒ自动化程度低,压力表采集的数据不精确，不能满足电厂微机自动化水平要求；ⓓ液压系统出现漏油现象,导致油泵启动频繁，影响油泵使用寿命；ⓔ随着运行年限的增加，调速器各元件老化，其调节控制部分的杆件、活塞、衬套等部件磨损严重，导致调节死区范围变宽。

机械调速器普遍存在的缺陷在CT-40调速器和YT-600调速器中都有体现，综合各方面因素，加上调速器维修需更换部件太多，而且机械调速器必然被新型设备取代，已经越来越不能满足电站安全生产以及综合自动化水平的要求，因此对柴河电站上述两种调速器进行技术改造是极其必要的。

3调速器技术改造

3.1调速器改造方案选择

在对柴河电站调速器的改造中，有两种改造方案可选：一是将整个调速器全部替换成新型调速器；二是局部改造，保留原调速器的储油柜、油泵及主接力器，将原机械柜拆除，更换为微机型控制柜系统。综合比较两个方案，最终选择局部改造。局部改造的优点在于保持调速器整体不动,对调速器基础、油气罐、油泵及主接力器不做任何改动,不需进行调速器基础的水平及角度调整,从而减少了工作量，缩短了安装工期，降低了改造成本。

3.2调速器改造内容

从近年中小型调速器技术改造和产品的发展趋势来看，电气部分硬件大多数是采用可编程控制器(PLC)。柴河电站调速器改造采用以PLC为控制核心和数字式电液换向阀为液压执行机构的微机调速器系统，将原调速器改造成YWT型调速系统。

a.将原调速器机械控制柜、电器柜等拆除，只保留原调速器的储油柜、油泵及主接力器压力油罐。

b.将液压执行机构改造成数字式电液换向阀。数字式电液换向阀控制接力器结构简单,使用标准液压元件少,其原理是当位置偏差大时,有电液换向阀 (大阀)进行大流量输出,系统粗调,当位置偏差小时,转入小阀精密调节,紧急停机时,动作于事故阀。采用电磁换向阀,阀芯换向时间短，有利于提高系统的调节品质。标准液压件采用板式连接, 取消明管连接,结构紧凑，维修方便,改造中为了实现标准液压件与接力器的连接,实测调速器原主配压阀基座与接力器的连接螺栓大小及间距,利用连接过渡块来实现标准液压件与接力器的连接。

c.采用了高性能的可编程控制器(PLC)作为调节器的硬件主体，装置可靠性高。采用真彩触摸屏作为调速器与运行人员的人机接口, 触摸屏是以数字、汉字、图形等来显示各种参数,能进行多画面切换和参数整定操作。液晶画面清晰，带有背景光，可适应各种环境。具有显示信息量大、清晰、准确、直观、操作方便等优点。WYT型调速器具有频率、开度、功率等多种调节模式,能适应不同运行工况的要求。频率调整模式采用PID调节规律。还设有电气开度限制,操作灵活,运行可靠。且易于实现自动—手动的无条件、无扰动转换。具有与上位机的通信接口, 便于实现电站微机自动化后台控制。

3.3调速器改造效果

柴河电站机组经改造后，主要性能参数为：ⓐ转速死区为中型机组不大于0.06%，小型机组不大于0.1%；ⓑ空载频率摆动不超过±0.25%；ⓒ接力器不动时间不大于0.2s；ⓓ备用电源切换、手自动切换时导水叶开度变化不超过±1%；ⓔ机组带稳定负荷运行时，导叶波动不超过±1%。既满足GB/T 9652.1的要求，也满足柴河电站调速器改造的技术要求。

调速器技术改造半年来，无论开停机速度还是并网质量都有了明显的改善。自动开机时，调速器处于自动状态，由中控室发出开机令，机组从启动到额定转速再到并网最快只需45s左右。机组进入空载时，有网频信号的情况下，机组自动跟踪网频，可使机组快速平稳地同期并网；若没有网频，机组自动解除网频跟踪，转而跟踪内部给定频率，并始终将机频维持在额定频率左右，以利于并网，极大提高了并网可靠性和并网质量。

改造后的调速器运行半年以来，没有出现任何卡阻问题 ,运行稳定可靠，反应速度快，减少了运行及检修工人的劳动强度。调速系统的各种保护信号、事故信号及运行工况都能正确及时地反映到机组LCU上，很大程度上提高了电站的自动化水平。改造后的开机、停机特性曲线见图1、图2。

图2　停机特性曲线

4结语

水轮机调速器是水电厂的重要机电设备之一，其技术性能与可靠性将直接关系到机组的安全、经济运行，并影响到电能质量。通过长时间的运行与考验,证明YWT调速器系统结构简单,稳定性好,可靠性

高,无卡阻现象，抗干扰性能力强,控制功能齐全。具有与上位机的通信接口,操作简单,满足了机组自动化计算机管理的要求。该调速器比较突出的特点是开机速度快、容易并网、大大缩短并网时间、减少工人劳动强度，有效提高了电站的经济效益，完全解决了原调速器存在的各种缺陷和问题。

参考文献

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The technical innovation of hydrogovernor in Chaihe Power Station

WEI Wentian, XUE Haibo, JI Qingzhou

(LiaoningCaiheReservoirAdministration,Tieling112000,China)

Abstract:Governor is regarded as one of the most important devices in automatic control, which is directly related to the comprehensive automation degree of Power Station. Chaihe Power Station is operated for 30 years, and mechanical hydraulic governor is always used. The defects of mechanical governor in operation are more and more prominent. Faults are constantly increased. In the paper, defects and deficiencies in original mechanical governors are analyzed according to the actual condition of Chaihe Power Station. The innovation condition of hydrogovernor is introduced.

Key words:water turbine; governor; defect and deficiency; innovation

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.013

中图分类号：TV734.1

文献标识码：B

文章编号：1673-8241(2016)03-0042-04