水电站水轮机调速器调试与维护的研究

邹龙军

（重庆三峡水利发电有限公司重庆市万州区404000）

水电站水轮机调速器调试与维护的研究

邹龙军

（重庆三峡水利发电有限公司重庆市万州区404000）

水电站调速器对于发电生产过程有着决定性影响，其运行的稳定性和可靠性决定着整个电站的发电质量。因此，水电站工作人员应该重视水轮机调速器的调试和维护工作，以保证水电站能够正常运转。本文结合实例对水电站水轮机调速器调试与维护进行了研究。

水电站；水轮机调速器；调试；维修

1 引言

电力是我国的工业生产和日常生活应用的重要能源之一，随着我国不可再生资源的日益减少，水力发电的优越性日益显示。水轮机调速器作为水电厂的重要设备，对水电站的正常运行起到关键作用，与水电站能否正常发电的工作密不可分，一旦调速器出现故障，将直接关系到水轮机组乃至电力系统的安全稳定运行，因此水电站工作人员重视水轮机调速器的调试和维护工作，及时调试、检修、维护水轮机调速器，才能最大程度的避免水轮机调速器出现问题，进而保证水电站正常工作。

2 水电站调速器概述

某航电枢纽工程是一个以航运和发电为主，兼顾灌溉、供水、旅游及水产养殖等综合效益的航电枢纽工程。电站安装有灯泡贯流式水轮机组6台，总装机容量90MW。

2.1 调速器主要结构

该电站水轮机调速器采用PZWST150-6.3型调速器，电液转换器采用比例伺服阀，手操机构采用带自复中性能的直线位移转换器，调速器工作油压为6.3MPa，主配压阀直径为150mm，导叶、桨叶反馈采用电气反馈，无机械反馈和机械开度限制，协联型式为电气协联；电气部分采用法国施耐德生产的M340型PLC，测频为残压测频和齿盘测频冗余型式。调速器机械部分主要由比例伺服阀、手操机构、紧急停机电磁阀、手自动切换阀、双精滤油器、液压反馈阀（也叫引导阀）和主配压阀及事故配压阀、分段关闭阀等部分组成。调速器电气部分主要由电源部分（包括电源断路器、开关电源和PLC电源模块、电源变压器，二极管模块等），频率测量部分（包括隔离变压器、残压齿盘整形模块、接近开关、高速计数模块等），输入输出部分（包括继电器、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块），传感器部分（包括水头测量差压变送器、导叶开度测量传感器、桨叶开度测量传感器、主配位置测量传感器、有功变送器等）、CPU模块、工控机和其它部分组成。

2.2 调速器的工作原理

调速器电气部分控制原理及传递函数结构详见图1。该系统闭环传递函数为：

式中：TYB-伺服比例阀时间常数，TYZ-主配接力器时间常数，TY-接力器时间常数。

如果忽略数值很小的伺服比例阀时间常数YYB，则得到传递函数为：

3 水电站水轮机调速器调试

水轮机调速器的结构较为复杂，不仅要求相关工作人员有较高的专业知识水平，而且要求工作人员在工作过程中必须保证严谨、认真的态度，在调试过程中使用正确的调试技术。技术人员需要对水轮机调速器的工作原理熟练掌握，只有在熟练掌握其工作原理的前提下才能进行正确的调试工作。在进行调试的过程往往需要做几个简单的实验，在遇到复杂的情况下就需要工作人员将自己的专业技术和工作经验相结合，采取恰当处理方式，一定要做到具体问题具体分析，不能把所有问题都等同处理。

图1 调速器电气自动控制原理框图

3.1 进行调试时首先要进行实验

通常调试时所作的实验可以分为静态试验和动态实验两种，这两种实验针对不同的检测与分析对象。静态试验主要是监测调速器的转速是否正常，一般是在机器还没有充水时进行的；动态试验主要是对调速器的质量进行测试，保证测速器的各个性能指标都能够大大水轮机正常工作的要求，一般是在水轮机充水后进行的。

3.2 进行调试时再次要进行检测

检测是调试工作的另一项任务，主要是检查调速器的各项功能以及调速器配件的性能是否正常，通常情况下这种检查可以分为手动检查和自动检查两种。

4 水轮机调速器的维护工作

水轮机组调速器运行性能的好坏，除与本身的设计和制造工艺有关外，还与其日常维护情况有着密切的关联，良好的维护可以保证调速器的运行长期保持在比较好的状态，促使其使用寿命延长。水轮机的日常维护工作主要有以下几方面：

4.1 调速器良好工作条件的保持

（1）确保水轮机组的运行状况正常。在水轮机空载运行状态下，大型调速器的转速偏差值应保持在±0.2%以内；中型调速器应保持在±0.3%以内；小型调速器应保持在±0.4%以内。

（2）调速器在储存和运输过程中的环境温度应保持在-5～40℃之间，相对湿度在90%以内，不应有酸碱盐等腐蚀性气体，并且应预防粉尘、雨雪的损害。

（3）调速系统所用润滑油的油质应选用与国标GB11120中46号机油相同或相近的机油，运行油温保持在10～50℃之间。

（4）调速器在运行过程中，其润滑油油压的变动值应保持在工作油压的±5%以内，在调节过程中的油压变动值应保持在工作油压的±10%以内。

4.2 调速器的常规检查

调速器的常规检查内容主要有：确保调速器工作环境整洁，防止液压管道中有灰尘进入，影响液压系统的正常运行；防止液压油受潮气影响，液压油水分过高一方面会对设备造成腐蚀，同时一旦液压油在管道中快速运动有大量气泡产生，则会造成油路不畅，甚至造成液压油外溢；检查导阀活塞是否有卡阻现象，一旦发现应尽快进行处理观察机组在运行过程中不仅电机动作是否频繁、温度变化是否在规定范围以内；检查各部件安装是否牢靠、计量表和监控画面指示是否正常；检查监控界面的各项数值是否与设备实际运行状态相符；注意监控系统是否有故障报警信息发出。

4.3 调速器的常规维护

调速器维护注意是调速油路和电气系统的检查。其主要内容有：调速器润滑油应定期进行处理或更换，正常情况下每年进行一次，新装或大修设备应在两个月内至少进行一次。滤油器每周要进行一次清洁，当前后压差过大时应立即进行更换或清理。工作油泵和备用油泵每周进行一次轮换。定期检查电气部分的设备运行情况，对电气设备的输出数据与历史数据和实验数据进行比较，判断其运行状态是否正常，及时发现故障隐患并提前进行处理。对事故停机电磁阀的动作情况每月进行一次检查，以保证动作发生时，保护器的有效性。

4.4 调速器的状态监测

水轮机调速器状态监测主要是通过计算机实现对调速器状态的实时监测，掌握设备运行状态，主要包括各种检测、测量、监视、分析、判别方法，结合系统历史与现状，综合考虑环境因素，评估设备运行状态，判断其是否处于正常状态，并对状态加以显示、记录，对异常状态做出报警，以便运行人员及时处理，为设备故障分析、性能评估、合理使用与安全工作提供基础数据。典型水轮机组调速系统状态监测系统主要包括四大组成部分：①传感及变送器；②调速器控制柜；③工控机及人机界面；④后台综合诊断监测系统。整套系统采用分层分布式结构，各种传感器安装于被监测设备上，调速器控制柜负责数据采集，并进行一般数据处理、换算与报警，通过通信和工控机相接。工控机负责复杂数据处理、存储，以IEC61850为标准、以统一信息平台为基础，实现水轮机组调速系统相关状态数据的采集、特征计算、实时监测、故障录波、性能试验数据记录，为后台机组综合在线诊断和状态检修辅助决策系统提供可靠数据源。调速系统状态监测系统构成和原理如图2所示。

图2 调速器状态监测系统构成

5 结束语

综上所述，随着科学技术的发展，电力对一个国家的发展的影响越来越大。水轮机是水电站的重要设备之一也是主要发电设备，水电站水轮机调速机不仅能够控制水流速度而且能够合理调节水轮机的转速。水轮机调速器出现问题就会导致水轮机不能正常稳定运行，严重时可能导致水电站发生安全问题。因此水电站相关工作人员一定要重视水轮机调速器的调试与维护工作，并要注意提高自己的专业技术，这样才能保证水电站的效用和功能最大化。

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1004-7344（2016）28-0148-02

2016-9-17