调速器改造过程中存在的问题分析与处理

邹杰

（湖南水运建设投资集团有限公司，湖南长沙410011）



调速器改造过程中存在的问题分析与处理

邹杰

（湖南水运建设投资集团有限公司，湖南长沙410011）

通过大源渡水电厂调速器改造竣工调试过程中出现的异常情况分析及处理过程。分析了调速器改造后出现异常情况的原因，提出了改造时需要注意的事项。

调速器；改造；故障分析处理；PSWST-PLC

0　引言

1　调速系统技术改造的必要性

1.1调速系统故障不满足机组和电网的安全稳定运行

《湖南电网110 kV及以下电压等级并网中小型公用电厂运行考核监管办法（试行）》（湘电监供电[2009]48号文）规定：“水电机组允许强迫停运次数1次/年，允许等效非计划停运时间24 h/年。”而今年因调速系统电调故障引起的事故停机已达3次，为保证机组和电网的安全稳定运行，必须对调速系统已发现的易故障点进行技术改造。

1.2电气元器件接近使用年限，运行不稳定

原有电气部分元器件经过十多年运行，由于线路长期发热、绝缘老化、金属氧化等原因，造成电阻增大，尤其是接触面，严重的会导致接触不良。同时，原电气元件已接近使用年限或超过使用年限，电子及电气元件运行不稳定，随时可能损坏或出现故障，存在较大安全隐患。

1.3产品升级换代，配件不兼容

近年来，调速系统技术发展很快，随着技术的进步，原型号调速系统已经升级换代，有些原配件已不再生产，只能采购升级换代后的配件，而升级产品与原系统又存在不兼容的情况，这就增加了技术协调难度。同时，国内灯泡贯流式水轮发电机组及其调速系统技术已经发展成熟，例如，广西桥巩水电站装机8台单机容量为57MW的灯泡贯流式机组，水轮机转轮直径Φ7.4m；广西长洲水电站装机15台单机容量为42MW的灯泡贯流式机组，水轮机转轮直径Φ7.5m；这两个电站的调速器及油压装置均由国内厂家供货，目前两个电站均已投产发电，运行效果良好，这就给我们改造大源渡电站调速系统设备奠定了坚实的基础。

1.4维护困难，成本高

随着我国经济的快速发展,对应用数学专业的人才需求和要求亦有显著提升。越来越多的实际工作岗位不仅要求应用数学专业的人才具有较强的逻辑思维和抽象思维能力,更需要具有较强的创新能力和综合应用能力。概率论作为应用数学专业的核心课程之一,是专门研究客观世界中随机现象的数学分支课程,其突出特点是既有严密的数学基础,又广泛应用于自然社会人文等众多领域,与众多学科具有密切联系。因此概率论课程在培养学生理论联系实际和创新创造能力等方面,起着非常重要的作用。

由于调速系统均为进口产品，备品备件及易损件均需从国外采购，价格高，采购周期长，如需外方专家提供技术支持时，外方专家不能短期到达，且技术服务成本高（2012年时，外方专家每人每天约需3 000元人民币），协调难度大。

2　改造后调速器系统的新增功能和改善功能

2.1新增功能

（1）原调速器控制系统不具备一次调频功能，改造后的PSWST-PLC型调速器具备了一次调频功能，满足了电力系统对电厂的新要求。

（2）增加了重锤卸荷阀以取代原失效紧急停机旁通阀的作用，在电气、机械过速时保护动作，在导叶主配拒动且机组转速大于115%时动作，此功能的增加，使电厂水机保护满足了安全运行的需要。

（3）改造前导叶主配仅由比例阀控制，运行过程中如调速器失控导叶不能手动关闭。改造后导叶主配由比例阀和数字阀共同控制，当调速器失控时，可在机手动方式下直接操作数字阀将导叶关闭，可避免调速器失控。且导叶关闭时，桨叶协联关闭避免机组的异常震动。改造前调速器系统手动模式操作导叶，桨叶不协联动作，机组震动较大。

（4）改造前的调速器功率反馈值由现地信号控制模块采集，当模块出现通讯故障或复归告警时，信号采集将出现故障，机组有功反馈开环，造成机组溜负荷；改造后的调速器系统增加了一套功率变送器，新增加的功率变送器直接将机组有功信号反馈给调速器控制器，且当出现有功反馈信号故障时，调速器保持不动，保障机组平稳运行，改变了原调速器的缺陷。

2.2改善功能

PSWST-PLC型调速器在机组负载运行时，当导叶反馈信号、转速反馈信号故障或消失，调速器电源消失，导叶接力器不动，使机组维持故障信号前的运行状态；改造前的调速器在以上异常情况下，均动作于机组紧急停机，这样既不利于机组的安全运行，也导致了电厂的非计划停运考核小时数增加。新的调速器系统大大减少了电厂机组非停的概率，调速器系统原理如图1。

图1　调速器原理图

3　机组改造过程中存在的问题

3.1改造后的调速器系统与监控装置之间的通讯配合

故障现象：大源渡水电站机组监控系统由通信及机组公共控制单元模块AK1703；用于控制机组的自动开/停，以及机组辅助设备的投退的顺控模块；用于机组告警信号、跳闸矩阵处理、温度监视的安全模块组成；通讯原理如图2。其中AK1703模块、顺控模块在机组运行与停机状态下都能复归。安全模块只能在停机状态下复归。调速器改造安装完成后，停机状态复归顺控模块，机组所有辅机启动，调速器动作开启导叶，瞬间所有辅机恢复至停止位置，调速器停止。

图2　调速器通讯原理图

分析处理：查看调速器事件清单，先后有“开机令”和“停机令”输入，间隔时间5 s。改造之前，复归顺控模块只有辅机启动、停止，调速器不动。查看机组控制程序，发现重启顺控模块后，机组控制系统会在输出一个5 s的“开机”脉冲后输出一个5 s的“停机”脉冲。“开机”令输出后，机组进入开机流程，所有辅机开始启动，同时调速器开启导叶，因5 s的时间水轮机主油阀未来得及打开，调速器虽然动作于开导叶，但油压不够至导叶虽然动作，但开度很小，“开机令后的“停机令”让机组重新稳定回到停机状态，也避免了出现事故。原来的MIPREG DGC600 C微机型电液调速器在顺控模块复归后没有动作，分析因为电厂的设备为整机进口，在启停过程中设计了与监控的时间配合，从而避免了复归顺控模块导致调速器误动。而新改造的调速器未设计时间配合，这也解释了为什么改造后的调速器在复归顺控模块后会误动。经过讨论，复归顺控模块重启后，监控系统发“开/停机令”会导致调速器误动，不利于安全运行。将复归顺控模块后，发“开/停机令”的程序删除。删除程序后再进行复归操作，调速器可靠不动作。

3.2调速器导叶控制阀组控制回路故障

故障现象：在一台机组无水调试的过程中，机手动控制模式下，可以通过电磁阀现地增减导叶开度，停止操作调速器控制阀组正常。机手动方式将导叶全关，调速器控制方式切至电手动模式，发现调速器控制屏导叶开度显示在0~2%内摆动。

分析处理：开始判断以为变送器存在误差，但现地观察发现导叶控制阀组确实存在连续异音，仔细观察可发现主配阀芯上下移动。首先由厂家工程人员对机组的参数进行了核对，确认与已改造机组相同后，尝试对参数进行了调节，主配阀芯在电动模式下仍然移动。分析阀组在机手动方式下运行正常，而在电手动模式下异常，可能系电手动模式下导叶比例阀控制输入线路有干扰窜入，检查导叶动作控制线路，发现一根导叶开启控制线缆有破损，推测为开启控制回路有电信号，使导叶动作开启，而停机状态的控制程序使导叶动作关闭，两者不断重复，导致了导叶不停地开关动作。将此控制输入线缆用备用电缆替换。将控制方式切至电动，导叶主配压阀运行正常。线缆损坏可能系电缆在运输途中遭受外力或出厂就不合格；更可能的是因为施工人员在接线时由于各种原因的无意损坏，这就要求我们要注意不断提高施工工艺。

3.3调速器硬件故障

（1）故障现象：调速器无水试验测试桨叶动作时，桨叶位置不稳，开度量飘移量达到2%，如果这种情况发生在机组运行状态，势必造成桨叶频繁操作，给机组安全运行带来隐患。

分析处理：桨叶比例阀控制回路故障破损，有干扰量窜入，导致桨叶比例阀有电信号送入而误动。但桨叶在电动和手动模式两种情况下，都存在同样问题，排除控制回路故障破损。桨叶位置反馈回路存在故障，导致输入PLC的桨叶反馈位置信号不稳定，调速器根据给定值不断自动调节桨叶位置造成了此故障现象，检查桨叶位置反馈模块AK288输出信号，信号稳定；检查AK288至调速器PLC输入模块之间的桨叶位置隔离变送器AP512电流输出信号，发现信号不稳，更换AP512，故障排除。

（2）故障现象：桨叶动作缓慢，全开全关动作时间长，将桨叶开、关机时间机械调整螺母调制最短，依然无效。

分析处理：可能为压力油系统压力不够，检查调速器压力油系统工作正常；检查桨叶操作油腔气体较多，反复通过平压阀管道操作桨叶，将管道内气体排净后，测量桨叶全开全关时间，时间减少但远远高于正常值。分析桨叶比例阀被施工单位分拆过，可能是比例阀内部被污染，导致比例阀卡涩，致桨叶开关缓慢。重新更换安装新的桨叶比例阀，再次测试桨叶开、关时间恢复正常。这次故障提醒我们调速器上的比例阀、数字阀在拆解、安装过程中，一定要注意保护好，防止污染损坏，造成不必要的损失。

4　改造后的应用情况

改造后的调速器投入运行以来，运行平稳，经过多次实际事件考验，证明了改造后调速器新增、优化功能的优越性和必要性。改造后的调速器系统压力油罐保压时间更长，调速器油泵打压时间周期由原来的2min左右延长至13min左右；调速器漏油泵启动时间周期增长，由原来的1 h左右启动一次延长至平均6 h左右一次，这些性能的改善既节约了能源也提高了调速器油泵、漏油泵的使用寿命。改造后的调速器投入运行以来，运行平稳，经过多次实际事件考验，证明了改造后调速器新增、优化功能的优越性和必要性。

5　结束语

调速器系统作为发电机组运行的的核心部分之一，与电厂安全运行密切相关。20世纪兴建的水电厂调速器系统相当一部分从国外进口，这些系统设备进入老化期，进口设备备件的采购费用高昂。现在国内调速器系统制造水平已经成熟，功能更加完善，调速器国产化改造成为许多水电厂的选择。调速器改造中既有电气部分的改造，也有机械部分的改造。改造之前，要熟悉电路接线，弄清与监控、励磁系统之间的逻辑关系，防止安装完工后出现配合故障引发安全事故。改造之中注意提高施工工艺，加强设备安装的管理，防止因为人为的失误导致改造时间延长。

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[4]贺意飞.大源渡水电站机组调速系统改造[J].水电站机电技术，2014(4).

[5]武汉三联水电控制设备有限公司.数字调速器原理操作说明书[Z].

TK730.4+1

B

1672-5387（2016）02-0067-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.020

2015-06-26

邹杰（1986-），男，助理工程师，从事水力发电厂运行、维护工作。