肖　平

摘要：調(diào)速器是水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一，其性能、工況直接關(guān)系水電站輸出的電能質(zhì)量和供電可靠性。本文在介紹小型水電站調(diào)速器的特點(diǎn)與功能的基礎(chǔ)上，探討了調(diào)整試驗(yàn)及日常維護(hù)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：小型水電站調(diào)速器調(diào)試試驗(yàn)故障判別

水輪機(jī)調(diào)速器是水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心，也是小型水電站總體自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。調(diào)速器對(duì)水輪機(jī)的控制，是自動(dòng)控制原理在水輪發(fā)電機(jī)組控制上的具體應(yīng)用。

1 小型水電站調(diào)速器的特點(diǎn)

它除了具有一般自動(dòng)控制裝置的特征外，還有以下特點(diǎn)。

操作力大。水輪發(fā)電機(jī)組是重型機(jī)械設(shè)備，尺寸大、重量重，水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)通過(guò)的水流量大，因而控制進(jìn)水門(mén)需要很大的操作力。通常用油壓操作，往往具有兩級(jí)或更多的液壓放大機(jī)構(gòu)。

影響因素多，動(dòng)作過(guò)程復(fù)雜。調(diào)速器所控制的是由水流、水輪發(fā)電機(jī)和電能用戶所組成的能量轉(zhuǎn)換及利用體系。引水管中的水體慣性較大，調(diào)速器控制過(guò)程中形成的水錘產(chǎn)生反調(diào)效應(yīng)。使水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)穩(wěn)定困難，控制復(fù)雜化。調(diào)節(jié)過(guò)程中各部分工作情況的變化，都會(huì)影響調(diào)節(jié)過(guò)程。因而水輪機(jī)調(diào)節(jié)是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜過(guò)程。

調(diào)速器具有多種功能。除了在負(fù)載變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)水輪機(jī)流量外，調(diào)速器還應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)、停機(jī)、調(diào)整頻率、控制機(jī)組出力等操作，在事故情況下應(yīng)能執(zhí)行緊急停機(jī)，以保證機(jī)組的安全。

2 調(diào)速器的功能

調(diào)速器的設(shè)計(jì)，根據(jù)用電用戶小和水電運(yùn)行環(huán)境的特殊要求，將針對(duì)常規(guī)調(diào)速器的不足之處，使得調(diào)速器具有更完善的功能和獨(dú)特的性能。

并網(wǎng)功能：調(diào)速器能根據(jù)指令(機(jī)旁操作或遙控系統(tǒng)作)自動(dòng)開(kāi)機(jī)，采用閉環(huán)控制方式啟動(dòng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升迅速平穩(wěn)，自動(dòng)達(dá)到空載開(kāi)度。當(dāng)機(jī)組到達(dá)空載開(kāi)度后，自動(dòng)準(zhǔn)同期控制系統(tǒng)即能精確調(diào)控機(jī)組頻率跟蹤網(wǎng)頻，并具有相角控制達(dá)到每分鐘至少可提供6次以上過(guò)周期并網(wǎng)點(diǎn)的機(jī)會(huì)，使機(jī)組并網(wǎng)更迅速、平穩(wěn)。

調(diào)節(jié)有功功率：我國(guó)大多數(shù)中小水電機(jī)組都是并入電網(wǎng)，長(zhǎng)期帶固定負(fù)荷運(yùn)行的。機(jī)組并網(wǎng)后，轉(zhuǎn)速已被電網(wǎng)拖入同步狀態(tài)，故不需繼續(xù)調(diào)頻，其主要操作是調(diào)節(jié)有功功率。調(diào)速器具有開(kāi)環(huán)調(diào)功及閉環(huán)調(diào)功兩種方式，所用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又是數(shù)控電液隨動(dòng)系統(tǒng)，具有定位精度高，帶自鎖裝置不溜負(fù)荷等特點(diǎn)，從而使整個(gè)調(diào)節(jié)有功功率的過(guò)程達(dá)到迅速、平穩(wěn)、精確的水平。

自動(dòng)調(diào)頻功能：中小型水輪發(fā)電機(jī)組在農(nóng)村小電網(wǎng)中，經(jīng)常因電網(wǎng)解列而被迫甩負(fù)荷停機(jī)。調(diào)速器有性能優(yōu)越的自動(dòng)辨識(shí)系統(tǒng)，一旦電網(wǎng)解列，自動(dòng)辨識(shí)系統(tǒng)立即將調(diào)速器由并網(wǎng)帶基荷運(yùn)行狀態(tài)改為帶小網(wǎng)調(diào)頻運(yùn)行狀態(tài)?？焖俚臓顟B(tài)辨識(shí)及調(diào)控，能使裝備有調(diào)速器的地方電網(wǎng)在電網(wǎng)解列后迅速自救，不會(huì)造成電網(wǎng)解列后，地方小電網(wǎng)全網(wǎng)崩潰的嚴(yán)重后果，保障了發(fā)電、供電、用電的安全。

3 調(diào)速器的調(diào)整試驗(yàn)與維護(hù)

調(diào)速器在組裝和大、小修之后，必須經(jīng)過(guò)一系列調(diào)整、試驗(yàn)和檢查，才能保證今后正常，安全地運(yùn)行。

3.1 調(diào)速器調(diào)試的基本內(nèi)容

靜態(tài)試驗(yàn)(充水前試驗(yàn))。當(dāng)調(diào)速器組裝完畢，通過(guò)充油及電氣部分的線路檢查無(wú)異常后，就可做調(diào)速器靜態(tài)特性試驗(yàn)。調(diào)速器的靜特性，是指在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下，調(diào)速器轉(zhuǎn)速n（或頻率f）和接力器行程y之間的關(guān)系，即y=f（n）。通過(guò)對(duì)調(diào)速器靜特性的測(cè)定，確定調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)ix，校驗(yàn)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp值，借以綜合鑒別調(diào)速器的制造、安裝或大修質(zhì)量。試驗(yàn)條件：bp=6％，開(kāi)環(huán)增益為整定值，切除人工死區(qū)，微分系數(shù)Kd為最小值，積分系數(shù)為Ki為最大值，比例系數(shù)Kp為中間值。頻率給定為額定值。

試驗(yàn)方法。用穩(wěn)定的頻率信號(hào)源輸入額定頻率信號(hào)，以開(kāi)度給定將導(dǎo)葉接力器調(diào)整到50％行程附近。然后升高或降低頻率使接力器全關(guān)或全開(kāi)，調(diào)整頻率信號(hào)值，使之按1個(gè)方向逐次升高或降低，在導(dǎo)葉接力器每次變化穩(wěn)定后，記錄該次信號(hào)頻率值及相應(yīng)的接力器行程值，分別繪制頻率升高和降低的調(diào)速器靜態(tài)特性曲線。2條曲線間的最大區(qū)間即轉(zhuǎn)速死區(qū)ix，ix=△f/fn。靜態(tài)特性曲線斜率的負(fù)數(shù)即永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp。國(guó)標(biāo)（GB/T9652o21997)規(guī)定中型調(diào)速器ix＜0.08％，小型調(diào)速器ix＜0.10％。

動(dòng)態(tài)試驗(yàn)(充水后試驗(yàn))。為了檢查調(diào)速器的質(zhì)量，保證機(jī)組在突變負(fù)荷時(shí)能滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算的要求和所規(guī)定的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，掌握機(jī)組在過(guò)渡過(guò)程中的狀態(tài)和各調(diào)節(jié)參數(shù)變化的范圍以及參數(shù)變化時(shí)對(duì)機(jī)組過(guò)渡過(guò)程規(guī)律的影響，從而找出最佳參數(shù)，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，檢查機(jī)組設(shè)計(jì)及檢修質(zhì)量，保證機(jī)組安全運(yùn)行等。

單機(jī)空載穩(wěn)定性觀測(cè)

①手動(dòng)空載擺動(dòng)值測(cè)試。檢查機(jī)組各部分均已具備啟動(dòng)條件后，手動(dòng)操作調(diào)速器使導(dǎo)葉慢慢開(kāi)啟至空載開(kāi)度附近。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至80％后，慢慢調(diào)整導(dǎo)葉開(kāi)度使機(jī)組頻率穩(wěn)定在50Hz附近；停止操作導(dǎo)葉接力器，待穩(wěn)定一段時(shí)間后用頻率計(jì)測(cè)量機(jī)組頻率，并記錄連續(xù)3min機(jī)組頻率擺動(dòng)值的最大值fmax和最小值fmin則頻率擺動(dòng)范圍為△f=fmax-fmin。如以相對(duì)量表示，則為△x=2（fmax-fmin）％。此時(shí)的頻率波動(dòng)，一般均系水力不平衡或機(jī)組本身問(wèn)題所致，與調(diào)速器無(wú)關(guān)。

②自動(dòng)空載擺動(dòng)測(cè)試。將調(diào)速器切為自動(dòng)運(yùn)行，測(cè)量機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值。測(cè)試方法與手動(dòng)運(yùn)行時(shí)測(cè)試方法基本相同，只不過(guò)需進(jìn)行參數(shù)的選優(yōu)工作。最優(yōu)參數(shù)應(yīng)是空載擾動(dòng)試驗(yàn)的優(yōu)化參數(shù)。

國(guó)標(biāo)（CB/T9625.1-1997）中規(guī)定對(duì)于中小型調(diào)速器若水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速相對(duì)值不大于±0.3％，則自動(dòng)空載擺動(dòng)值不得大于±0.25％。否則只需小于手動(dòng)空載擺動(dòng)值就算達(dá)標(biāo)。

空載擾動(dòng)試驗(yàn)。機(jī)組需在各種工況下運(yùn)行，欲使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得良好的性能，必須合理選擇系統(tǒng)中的有關(guān)參數(shù)?？蛰d擾動(dòng)試驗(yàn)方法如下：通過(guò)突變頻率給定值來(lái)進(jìn)行頻率擾動(dòng)試驗(yàn)。擾動(dòng)量一般為±（8-10％）fn，擾動(dòng)試驗(yàn)需記錄頻率擾動(dòng)的超調(diào)量和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、調(diào)節(jié)次數(shù)等有關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)若干組有關(guān)數(shù)據(jù)的比較，就可確定系統(tǒng)的最佳參數(shù)。國(guó)標(biāo)對(duì)該試驗(yàn)無(wú)考核要求。

甩負(fù)荷試驗(yàn)。通過(guò)甩負(fù)荷試驗(yàn)可進(jìn)一步考驗(yàn)機(jī)組在已選定的調(diào)速器空載參數(shù)下調(diào)節(jié)過(guò)程的速動(dòng)性和穩(wěn)定性，更主要是檢驗(yàn)調(diào)保計(jì)算參數(shù)，保證機(jī)組安全。甩負(fù)荷試驗(yàn)一般分4次：甩25％、50％、75％、100％額定負(fù)荷，由小到大順序進(jìn)行。甩25％額定負(fù)荷，主要是檢查接力器的不動(dòng)時(shí)間是否符合要求，同時(shí)也檢查轉(zhuǎn)速上升率和蝸殼水壓上升率以及調(diào)節(jié)時(shí)間，分析下次所甩負(fù)荷增長(zhǎng)后可能的變化趨勢(shì)，從而進(jìn)一步驗(yàn)證所選定的調(diào)節(jié)參數(shù)是否為最佳。甩50％和75％額定負(fù)荷的目的主要是分析其變化趨勢(shì)。最后甩100％額定負(fù)荷時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼水壓上升率、尾水管真空度、關(guān)機(jī)時(shí)間和過(guò)渡過(guò)程調(diào)節(jié)時(shí)間等均應(yīng)滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算值和國(guó)標(biāo)要求。國(guó)標(biāo)（GB/T9652.1-997）規(guī)定甩25％額定負(fù)荷時(shí)，接力器不動(dòng)時(shí)間Tq≤0.2s，甩100％額定負(fù)荷時(shí)，超過(guò)3％額定轉(zhuǎn)速的波峰次數(shù)不超過(guò)2次，穩(wěn)定時(shí)間不大于40s。

３.2 調(diào)速器的維護(hù)

調(diào)速器日常維護(hù)的主要內(nèi)容：監(jiān)視油位、油溫和油壓，保證調(diào)速器及油壓裝置正常運(yùn)行；調(diào)速器及油壓裝置用油適時(shí)處理、更換；及時(shí)清洗濾油器；注意各運(yùn)行零件的潤(rùn)滑；定期檢查緊固件及電氣插件，防止松脫現(xiàn)象；調(diào)速器正常運(yùn)行中不允許改變調(diào)節(jié)參數(shù)，定期檢查各工作電源電壓及信號(hào)源電壓；防止灰塵、飛蟲(chóng)等進(jìn)入。

近些年來(lái)，有不少小型水電站的水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行了更新改造，老型號(hào)的機(jī)械或電氣液壓調(diào)速器，逐步被微機(jī)或可編程控制調(diào)速器所取代?，F(xiàn)不少水庫(kù)電站的水輪發(fā)電機(jī)組原使用CT型或YT型調(diào)速器，前幾年陸續(xù)更新改造為DJT-K系列電動(dòng)集成式全可編程調(diào)速器（武漢長(zhǎng)控所生產(chǎn)）。經(jīng)過(guò)安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)、檢修，證明可編程調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能先進(jìn)、操作方便，運(yùn)行故障率小，維護(hù)、檢修工作量明顯減少，提高了水電站供電的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。