调速器主接跟随故障诊断及处理方法应用

涂 勇，陆劲松，陈自然

（中国长江电力股份有限公司向家坝电厂，四川 宜宾644612）

0 引言

某巨型电站是首个金沙江“西电东送”骨干电源点，是国调直调电站，电能主要通过特高压直流送至华东，其安全稳定运行对电网至关重要，如何保障巨型机组安全稳定运行是一个值得关注和研究的课题。该电站水轮机调速器系统采用独立的双控制器冗余控制结构[1]，结合快速准确的故障诊断与处理机制，具备在故障状态下自动切换控制通道，切换至纯机械手动控制方式运行等功能，很好的满足了机组安全稳定运行的要求，其中主接跟随故障诊断与处理是该调速器的特点之一。

1 调速器主接跟随故障判据

调速器主接跟随故障的设计思想是当机组发生主接传感器、主配位置传感器故障或其他故障，导致机组导叶已经不能按照控制器要求正常动作时，调速器能够快速准确做出判断，并进行相应处理。

调速器主接跟随故障在机组调速器控制软件中定义为严重故障，若出现该故障，说明该套控制器及其控制通道已经无法正常的控制机组安全稳定运行，必须切换至备用控制通道或者纯机械手动控制方式运行，否则机组就有可能发生负荷调节过慢、大幅波动情况，严重甚至引发逆功率事故停机的风险。由此可见，及时准确地判断出主接跟随故障是非常重要的，它是机组能够对故障进行快速正确有效处理，防止电力事故发生和扩大的前提，既不能漏报也不能误报，这对主接跟随故障的检测环节提出了很高的要求。

该电站调速器控制程序中，对主接跟随故障的判据定义为：导叶开度反馈值与PID计算值差值大于3%、接力器运动速度小于2%/s且持续3 s以上。具体判断流程如图1所示。

图1 主接跟随故障判断流程图

2 调速器主接跟随故障事件概况

2013年3～4月间，该电站7号机组在减负荷停机过程中，多次发生调速器双套主接跟随故障，调速器先后切换至备用控制器和纯机械手动控制方式运行。图2为某次故障发生时，机组导叶关闭过程和主配动作过程录波曲线（其中：①为PID开度；②为导叶开度；③为主配给定；④为主配位置）。

图2 故障时导叶关闭和主配动作录波曲线图

根据发生故障时的导叶关闭过程录波曲线可计算出，在调速器报主接跟随故障前，导叶的关闭速度为0.89%/s，开度给定和导叶实际开度差值大于3%，且持续时间为3 s以上。

由此可见，满足调速器主接跟随故障判据条件，调速器报双套主接跟随故障判断准确。导叶关闭速度过慢是导致调速器主接跟随故障发生的原因。

3 调速器主接跟随故障原因分析

结合调速器液压系统分析，可能导致导叶关闭速度过慢的原因有：

（1）主配卡涩导致开口过小，接力器配油速度过慢；

（2）3段关闭阀回油口过小，接力器回油速度过慢；

（3）接力器关闭水击阻力过大或操作力过小，关闭速度无法达到要求。

机组调速器主接跟随故障发生后，设备维护人员连续跟踪故障机组运行状态，对停机过程中导叶开度给定、导叶实际开度、主配位置给定和主配实际位置等参数通过录波进行了跟踪监视。

解决问题：如图10，已知在平面直角坐标系xOy中，直线交y轴于点A，点A关于x轴的对称点为点B，过点B作直线l平行于x轴.若动点C(x，y)满足到直线l的距离等于线段CA的长度，求动点C轨迹的函数表达式.

根据运行监视情况，在相同水头及工况下，同套控制通道下的同台机组，在减负荷停机过程中，出现了正常和发生主接跟随故障两种情况，由此可以首先排除可能原因（3）。若故障原因为接力器关闭水击阻力过大或操作力过小，关闭速度无法达到要求这种情况，则机组减负荷停机过程必然发生主接跟随故障，而不是偶尔发生。

此后，设备维护人员进一步对比分析了故障机组在正常调节和发生故障情况下，导叶关闭和主配动作过程情况。

图3为机组正常停机时，机组导叶关闭过程和主配动作过程录波曲线（其中：①为PID开度；②为导叶开度；③为主配给定；④为主配位置）。

图3 正常时导叶关闭和主配动作录波曲线图

根据正常调节时的导叶关闭过程录波曲线可计算出，主配位置跟踪到位动作时间为0.37 s；在主配开口在-1 146～-856之间时，导叶的关闭速度为1.98%/s。

而根据发生故障时的导叶关闭过程录波曲线可计算出，主配位置跟踪到位动作时间为0.41 s；在主配开口为-1 413～-1 786之间时，导叶的关闭速度为0.89%/s。

比较分析后发现：

（1）故障发生时，主配压阀阀芯位置跟随调速器主配位置给定信号过程正常，主配压阀未出现卡涩现象；

由此可排除故障原因为主配开口过小，接力器配油速度过慢这种情况，初步判断故障原因可能为三段关闭阀回油口过小，接力器回油速度过慢。

该电站机组停机过程采用3段关闭规律，故障机组在正常情况下的3段关闭曲线如图4所示。

由图4可知，机组3段关闭第1段拐点为导叶开度60%左右，而机组在停机减负荷过程中，多次报主接跟随故障时间所对应的机组导叶开度都在第1段拐点以下附近位置，由此进一步判断为机组停机减负荷过程中在接力器行程进入第2段关闭点后因接力器开腔回油不畅造成。根据机组的运行计划，进一步安排停机检修期间进行相关检查、处理和试验。

图4 机组3段关闭曲线图

4 调速器主接跟随故障处理

4.1 处理前导叶关闭试验

处理前具体导叶关闭试验记录见表1。

表1 处理前导叶关闭试验记录表

4.2 分段关闭阀处理

分段关闭阀结构图如图5所示。

图5 机组3段关闭阀结构图

处理步骤如下：

（1）用深度尺测量分段关闭阀2段插装阀上限位螺杆露出阀体部分的高度，做好记录。

（2）旋开2段阀下部控制油堵丝进行排油，松开上限位杆背帽，顺时针旋紧上限位螺杆，对2段插装阀进行限位。

（3）再次用深度尺测量上限位螺杆露出阀体部分的高度，做好记录。

（4）对比2次高度差计算旋入深度。经过计算，限位杆向下旋入3.3 mm。

4.3 处理后导叶关闭试验

处理后具体导叶关闭试验记录见表2。

表2 处理后导叶关闭试验记录表

4.4 试验数据分析

由处理前的试验数据可以看出：当导叶开度大小处于3段关闭曲线第1个拐点（导叶开度58.66%）以上时，保持的时间越长，第2段关闭耗时也越长。经过旋紧2段插装阀阀芯上限位杆处理后，导叶2段关闭用时从16.73 s减小至10.9 s，恢复到正常水平。该现象说明：分段关闭阀2段插装阀在无压静置时，由于阀芯下部弹簧顶托作用，并伴随油液从阀芯与阀座间隙渗入到阀芯下部，2段插装阀阀芯被抬高，从而引起导叶进入2段关闭后，主接开腔回油被2段插装阀过度节流，这是导叶关闭速度过慢的原因。2段插装阀芯静置时间越长，渗油越充分，阀芯节流效果越显著，第2段关闭时间也会越长。

5 结语

通过大量试验和数据分析确定，该电站机组在停机减负荷过程中报主接跟随故障原因为：停机过程导叶进入第2段关闭后，接力器开腔回油被分段关闭阀2段插装阀过度节流，导致导叶关闭速度过慢。经过旋紧2段插装阀阀芯上限位杆处理后，故障现象已消除，机组运行状态正常。

实践证明，该电站机组调速器控制程序中主接跟随故障判据设计合理有效，调速器能够快速准确判断机组是否发生了主接跟随故障，并及时采取正确的故障处理措施，能够有效防止电力事故的发生和扩大，保障发电机组和电网的安全稳定运行。