水电机组调速器异常故障分析与处理

吴 威，赵利锋

（华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂，云南 景洪666100）

某水电厂先后发生一起导叶接力器异常抽动导致的事故低油压保护动作机组机械事故停机事件和一起机组自动开机不成功事件，经分析原因均为调速器液压控制柜内综合控制模块内滤波电容故障。针对滤波电容故障，进行了一系列的现场排查测试，最后对综合控制模块滤波电容回路进行了抗干扰处理。

1 调速器系统配置

某水电厂调速器系统由电气柜、液压控制柜、电液转换单元、主配压阀组成，调速器系统结构如图1所示。其中电气柜采用南瑞公司SAFR-2000H型微机调速系统，主要控制器为贝加莱公司PCC X20控制器；液压控制柜采用南瑞公司ZFL-FC20000/D型，主要控制器为南瑞公司ZKM-Ⅱ综合控制模块；电液转换单元采用BOSCH公司的比例伺服阀；主配压阀采用GE公司FC20000型主配压阀。

图1 调速器系统结构框图

2 调速器异常故障事件情况

2.1 事故低油压保护动作停机事件

2017年7月21日，2号机组自动开机并网后，导叶接力器出现周期约1.4s、幅度约±1.5%导叶额定开度的来回异常抽动，导致调速压油系统回油超过全部2台油泵注油量，调速压油系统油压快速下降，事故低油压保护动作机组机械事故停机。

在机组停机状态下全面检查各控制环节未发现异常后，手动开机至空转进行调速器功能对比试验，发现液压控制柜内综合控制模块1存在故障，更换故障模块后，调速器恢复正常。

2.2 机组开机不成功事件

2017年9月1日，3号机组开机过程中，调速器在收到监控开机令后，未能开启导叶。经机组停机状态下静态检查及调速器功能对比试验，发现液压控制柜内综合控制模块1存在故障，更换故障模块后，调速器恢复正常。

3 调速器综合控制模块故障分析及排查

调速器液压控制柜综合控制模块是衔接调速器电气控制部分和机械液压部分的重要环节。自动条件下，该模块将电气控制输出与主配反馈形成内环串级控制，达到导叶控制的高精准度和高稳定性，综合控制模块控制模型如图2所示。

图2 自动控制下综合控制模块控制框图

3.1 调速器综合控制模块故障情况

针对2、3号机组更换下来的故障模块，开展了一系列测试发现：

2号机组综合控制模块电气柜到液压控制柜的控制电压通道上滤波电容C68损坏（见图3所示），电容C68阻值为2.1kΩ，正常情况下其阻值应为无穷大，R98阻值为100kΩ，与损坏的C68并联，阻值变为2.0kΩ，回路中电阻阻值下降了近50倍，最终抬高了输出电压，导致信号输出到功放的电压不稳定，引起伺服阀阀芯震荡，导叶接力器往复运行。

3号机组综合控制模块调速器主配压阀反馈通道上滤波电容C73损坏（见图3所示），电容C73阻值为8.9kΩ，输入信号不稳定，致使主配反馈放大倍数异常，造成导叶控制失灵。

图3 综合控制模块内部板件电气原理图

3.2 调速器综合控制模块故障原因排查

ZKM-II型综合控制模块为厂家成熟产品，在多个工程大量使用未出现该类型故障，针对同一个电厂两套综合模块先后发生同一类型滤波电容损坏异常情况，除厂家进行批次产品质量问题排查外，结合现场运行情况开展运行环境、电源共地、电磁干扰3个方面检查。

（1）运行环境方面

现场运行环境较为良好，不存在气压、粉尘等方面因素，影响综合控制模块工作性能可能因素为温湿度。

检查内容：查阅近1个月运行现场温湿度记录。

检查结果：现场近1个月运行环境温度约30℃，湿度约70%。

检查结论：现场运行温湿度没有超过国家标准规定（温度不超过40℃，湿度不超过90%），可将其从综合控制模块电容故障原因中排除。

（2）电源共地方面

调速器电气柜输出的控制信号电源、综合控制模块电源、主配传感器电源分别取自不同位置，电源地未连接。对于差动式模拟输入通道来讲，电源地若没有连接，可能会存在较大浮空电压差，有可能造成控制元器件损坏。

检查内容：在2、3号机组停机状态下测量各电源对地电压。

检查结果：各信号之间对地电压差不超过1V。

检查结论：各信号电源共地因素影响不大，可将其从综合控制模块电容故障原因中排除。

（3）电磁干扰方面

考虑两次故障均发生在机组开机阶段，机组开停机前均要进行投退锁锭、制动风闸电磁阀等操作，DC220V电压的电磁阀投切时会产生干扰电压，干扰电压可能通过电源线、辐射等对控制元器件造成影响。

检查内容：开展2、3号机组停机状态下调速器信号回路干扰检测，在调速器综合控制模块电气柜到液压控制柜的控制电压通道、主配压阀反馈通道接入示波器，分别多次投退锁锭、制动风闸电磁阀，捕捉记录各信号节点电压波形。

检查结果：每次操作电磁阀失电，均会产生浪涌电压，峰峰值从9V到23V不等。

检查结论：现场检测未发现高于电容承受耐压（63V）的浪涌电压信号，但由于测试对象和频次有限，且浪涌电压具有一定随机性，不能排除综合模块电容损坏与现场浪涌电压的相关性。

4 整改措施

结合厂家对产品质量的排查和现场检测情况，确定电容产品质量和现场电磁干扰为主要故障，对应采取如下整改措施：

（1）考虑到两起事件故障模块为同一产品批次，且损坏元件均为0.33μ独石电容，不排除批次产品的质量问题，故将该批次的综合控制模块全部进行返厂检测并调换为新批次模块。

（2）为提高综合控制模块的抗干扰能力，在各信号通道配置抗浪涌保护器TVS以保护综合控制模块模拟量输入回路。

目前电厂已将综合控制模块进行了全部更换，并将所有综合控制模块增加抗浪涌保护器。截止发稿日，未出现故障。

5 结论

水电厂电磁环境复杂，在设备选型阶段要综合考虑设备的抗干扰能力和设备运行过程中输出干扰信号的大小，避免不同设备之间的互相干扰，保证设备长期安全稳定运行。本案例中加装抗浪涌保护器TVS的技术整改措施可作为电气控制设备提高信号抗干扰能力的措施之一。