浅析水电站调速器常见故障与检修方法

涂彦超

摘要：水电站是我国电力系统中重要的组成部分，调速器是水电站中发电设备的重要部件之一，其直接影响到水电站的正常稳定运行。本文分析水电站调速器运行中的常见故障与检修方法，以促进水电站的正常运行。

关键词：水电站;调速器;常见故障;检修方法

前言

我国的能源消耗需求日益增长，同时环境問题也越来越严重，在这样的背景下，水电站的装机量不断增长。科学合理的水利发电设施，不仅不会破坏环境，充分利用水电的能量，而且可以调节洪峰，达到抗旱防涝的目的，可以说是重要的社会公共设施。也因此，我国的水利设施发展非常迅速，在水利发电的过程中，调速器是重要的装置之一，调速器可以根据需要调节发电机的运行速度，从而可以将系统频率保持在指定的区间。调速器如果发生故障，会对发电机的运行速度造成影响，从而导致频率稳定性下降，而无法实现组网，影响水利发电的发电效率。所以，及时处理调速器的故障，确保其稳定安全运行，对于水电站的稳定运行尤为重要。

1.调速功能分析

调速器作为水电站运行机制的核心组成部分，直接影响着水电站的整体运行质量和效率。随着技术水平的不断提高，我国加大了对水电站建设和升级的投资，并进行了调速器的更新和维护工作，以确保调速器始终处于良好的运行状态。调速器是一种自动调节装置，依靠各种传感装置和控制设备，结合负载变化，来控制设备的功率，使相关设备始终处于稳定的运行状态，从而保证了生产效率和，节省成本投资。调速器在水电站中的应用，可以进一步发挥其自身的控制优势，将水电站的轮浆式水轮以及冲击式水轮连接起来，以确保水轮机的高效运行。同时，调速器还可以合理地分配水轮机组之间的负荷，减少水轮机的负荷，减少设备磨损，并延长使用寿命。在很大程度上，节省了设备维护成本。调速器的科学高效运行，促进了水力发电厂设备控制系统的完善。在调速器的支持下，水轮发电机形成手动控制和自动控制两种模式，以适应不同的情况下水力发电机的管理和控制要求，确保即使负荷发生变化，水力发电机也能正常运行。除上述功能外，调速器还具有数据采集、逻辑分析和控制功能，可以在确保水力发电机正常运行的前提下，将运行速度控制在额定速度范围内，使水力发电机的稳定输出。调速器主要有以下作用：1）调节冲击式和转浆式水轮同时运转产生的排斥反应;2）分配到适当的负荷，节省成本并保证发电机组正常运行。3）启动时加快速度，应对不同的负荷。4）保持水轮发电机正常运转速度，不受功率影响。

2.调速器常见故障的原因分析及处理方法

梳理常见的故障类型、原因及解决方法，将有助于弥补目前水电站调速运行管理机制中的不足，有效提高故障排除和处理效率，逐步建成完整的水电站调速器控制故障排除机制。

2.1异常启动频率问题及解决方法

水电站调速器的常见故障可以分为几方面，如开机后机组频率低、频率无法显示、启动后频率波动大等，以确保对异常启动频率的有效处理。在科学原则和实践原则的指导下，技术人员必须抓紧确定异常启动频率故障的类型，以确保故障排除的针对性。

（1）开机后机组频率低：对于机组开机后频率过低的异常情况，从实际情况来看，机组在运行后的一段时间内会受到多种因素的影响，水轮发电机组不能达到预期的高频率，阻止水电站人员根据需要将发电机连接到电网，从而影响实际的发电质量和效率。水轮发电机组启动频率低的原因与调速器运行参数的设置密切相关。因此，如果在发电过程中水电站的启动频率太低，则主要原因是调速器正在运行的参数存在偏差，或者某些地区的水位由于季节因素而水位下降。在这种情况下，实际水位和调速器扬程设置之间会有一定的差距，从而导致水轮发电机组空转，对水电站的正常运行将产生很大的不利影响。为了合理解决这个问题，工作人员需要着眼于现实，科学调整调速器的运行参数，适当增加调速器开度的限值，以有效解决水轮机启动频率低的问题，并为解决发电机组并网工作的实施提供技术支持。

（2）调速器无法显示：在水电站水轮发电机运行过程中，调速器无法显示信息，给相关人员的日常管理带来很大的不便。出现此问题的原因主要是由于机械信号故障。因此，在实际的工作环节中，员工可以有针对性地进行相应的技术处理。根据过去的经验，工作人员可以全面测试和评估水轮发电机组发送的各种信号。在评估过程中，找到信号传输中断的位置。在此基础上，快速分析故障的类型，并进行必要的设备更换或维护工作，以实现水电站的调速器的正常显示，快速处理处理无法显示故障。

（3）开机后机器频率波动很大：水轮发电机运行后，发电机组的速度将发生显著变化。在这种情况下，如果发电机组的频率不变，或频率波动很大，则对于水轮发电机的并网连接是极为不利的影响。启动后机器频率波动很大的原因主要与功率模块的变化有关。在调速器运行期间，电池功率模块将被加压以将功率转换为+5V，+24V功率。在模块转换的过程中，很难有效地保证功率的稳定性，但是这种波动不会直观地显示在显示器上，因此处理难度相对较高。在某些情况下，调速器的滑块在驱动杠杆和控制杆时会承受更大的阻力，从而导致整个调速器无法正常运行。在此过程中，如果调速器接收到相应的指令，很难将调速器的各种运行参数保持在稳定范围内，并且不可能确保水轮发电机组保持正常的运行状态，机器的频率波动很大。在实际的处理过程中，工作人员需要了解机器频率波动大的主要原因，并使用相应的设备收集有关从功率转换单元电路输出的能量的数据。在检测过程中，如果发现功率不足+5V的情况，可以直接更换功率模块以重新启动。当功率电压低于+24V时，通过清洁电池内部的杂质，使电池组转换的稳定性不断提高，以确保水轮发电机的稳定运行，同时可以有效消除波动。

2.2负荷波动问题及处理

水电站调速器负荷的波动主要表现在两个方面。第一种是在将水力发电机组连接到电网的过程中，发电机组的负载突然减小并且负载为零。水轮发电机组处于空载状态，不能正常发电。原因是水轮发电机组的水力发电站的断路器发故障或断路器异常，造成调速器无法正常工作。为了解决这个问题，工作人员可以及时更换断路器，或者擦掉更方便有效的接触措施，以消除其他外界因素对水轮机组负荷波动的影响，实现发电机组的平稳运行。防止负载波动将对水轮发电机的运行产生不利影响。第二种是在水电站发电机组的过载操作过程中，调速器过载，线路跳闸。从过去的情况来看，故障的原因主要是水力发电机组的长期负载情况，调速器本身的负载也会相应增加。如果此时将水力发电机连接到电网，则调速器中内置的电启动程序将产生相应的动作，并将水轮机的开度增加到100%，以确保水力发电机的正常运行并提高发电安全性。但是，必须意识到，如果保持100%的开度，则调速器很可能会遇到信号中断的情况。由于过度打开，调速器无法在短时间内快速反应，这将导致定子超电流，引起跳闸发生。为了有效解决上述问题，在实际的故障排除过程中，水电站必须做好培训操作人员的工作。通过一系列培训和经验分享，可以帮助操作员在短时间内快速熟悉调速器的管理要点并进行管理，以确保操作员在过载时能够快速做出响应。通过使用操作员的专业技术知识，将调速器的负载控制在合理范围内，以确保水轮发电机的有序运行，避免事故发生。同时，水电站可以建立健全的奖励机制，将监督管理作为员工日常考核的重要标准，以监督故障率率作为考核依据，给予员工一定的物质奖励或者惩罚。采取激励机制激发员工参与调速器管理的积极性和主动性。水电站应积极与调速器制造商交换信息，通过信息交互平台，可以将调速器运行期间发生的问题快速反馈给制造商。制造商可以通过在线分析或派遣专家分析提供帮助。水电站可以在短时间内确定调速器故障的类型，制定故障排除和维护计划，以促进对与调速器有关的故障的快速响应，并逐步建立成熟而完整的水电站调速器故障排除机制。

2.3电气故障的问题和处理

（1）开机前光字牌位置偏移：此类调速器故障的具体表现是启动前一段时间，光字牌的位置超出了调速器的控制范圍。发生此类故障的主要原因与调速器本身密切相关，主要是因为电动机无法正常工作，也可能是由于振动导致电动机的螺丝松动和掉落，这是由调速器的长期振动引起的。对于此类故障排除方法要检查调速电机的固定螺钉是否拧紧吗，固定好松动螺钉后，可以检查其他螺钉是否松动并脱落，并一起处理。拧紧螺丝后，若无法保证固定性，可以使用其他方法（例如胶水等）来帮助固定螺钉，也可以将其更改为可以固定的其他螺钉。

（2）柴油机故障：此类调速器故障的具体表现是如果所有运行参数都不异常，则柴油机将无法正常运行，并且调速器也会失去功能。发生此类故障的主要原因是调速器出现问题，电气高速限位螺钉错位失去其原始位置，从而导致此类故障。故障排除方法是将电气高速限位制动螺丝移动到正确位置，以确保柴油发动机空载或满载都能正常运行。

3.案例分析

本文以IEEE14节点系统为例分析调速器故障，图1为IEEE14节点系统的详细结构。

构成IEEE14节点系统的主要电气设备是电力变压器和发电机组，分别为3台和5台，系统总负载为260MW。IEEE14节点系统由设备调速器在不同状态下引起的故障的分析如下：

如表1所示，假设系统总负载的十分之一是功率短缺，并且当调速器速度降低时，发电机组的功率短缺是系统总负载的二十分之一，则调速就运行速度增加时，发电机组的功率短缺占系统总负载的比例和运行速度降低时相同;功率短缺是正的还是负的，调速器都无法正常运行。鉴于调速器产生的不同故障状态，表2显示了以下分析。

从表2中可以看出，当系统功率不足为正时，系统频率会降低。主要原因是系统负载超过了发电机组的负载。当系统功率不足为负时，系统频率将更高。作为水轮发电机组的重要组成部分，调速器可以维持水轮发电机组的正常运行。因此，应注意调试器的日常维护和保养，以确保调试器可以高效运行，并确保水轮发电机的安全运行。

结束语：

调速器的功能与水电站的发电机组是分不开的，虽然不是发电机组的主要结构，但其功能和作用是不可替代的。调速器的正常运行是确保发电机组安全正常运行的基础，必须进行例行检查和维护，一旦发生故障，必须在第一时间进行处理，有效地控制事故的进一步扩大并避免造成不必要的损失。使水力发电机组可以高效安全地运行，真正实现绿色节能的水力发电。

参考文献：

[1]杨宗学.浅析调速器常见的故障及分析处理[J].水电站机电技术，2016（10）：96.

[2]何根生袁爱良.万家寨水电站调速器运行异常现象分析与总结[J].电力学报，2011，26（02）：177.

[3]王建鹏.水电站电气设备常见故障与处理措施[J].黑龙江水利科技，2012，40（07）：119.

[4]王福岭，中小型水电站运行维护与安全管理[J]，河南：黄河水利出版社，2014：36-44，

[5]肖景贤，象山水电站增效扩容改造方案及效益分析[J].黑龙江水利科技，2016，44（03）：72-74.

[6]刘志平，水电站调速器常见故障技术处理探索[J].通信功率技术，2019（07）：259，261.

[7]卢典，李浩波，浅谈五强溪水电站调速器系统中的液压跟随故障[J].机电信息，2019（27）：65-66.