鄒杰

（湖南水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，湖南長沙410011）

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調(diào)速器改造過程中存在的問題分析與處理

鄒杰

（湖南水運(yùn)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，湖南長沙410011）

通過大源渡水電廠調(diào)速器改造竣工調(diào)試過程中出現(xiàn)的異常情況分析及處理過程。分析了調(diào)速器改造后出現(xiàn)異常情況的原因，提出了改造時需要注意的事項。

調(diào)速器；改造；故障分析處理；PSWST-PLC

0　引言

1　調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)改造的必要性

1.1調(diào)速系統(tǒng)故障不滿足機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行

《湖南電網(wǎng)110 kV及以下電壓等級并網(wǎng)中小型公用電廠運(yùn)行考核監(jiān)管辦法（試行）》（湘電監(jiān)供電[2009]48號文）規(guī)定：“水電機(jī)組允許強(qiáng)迫停運(yùn)次數(shù)1次/年，允許等效非計劃停運(yùn)時間24 h/年?！倍衲暌蛘{(diào)速系統(tǒng)電調(diào)故障引起的事故停機(jī)已達(dá)3次，為保證機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須對調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)現(xiàn)的易故障點進(jìn)行技術(shù)改造。

1.2電氣元器件接近使用年限，運(yùn)行不穩(wěn)定

原有電氣部分元器件經(jīng)過十多年運(yùn)行，由于線路長期發(fā)熱、絕緣老化、金屬氧化等原因，造成電阻增大，尤其是接觸面，嚴(yán)重的會導(dǎo)致接觸不良。同時，原電氣元件已接近使用年限或超過使用年限，電子及電氣元件運(yùn)行不穩(wěn)定，隨時可能損壞或出現(xiàn)故障，存在較大安全隱患。

1.3產(chǎn)品升級換代，配件不兼容

近年來，調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展很快，隨著技術(shù)的進(jìn)步，原型號調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)升級換代，有些原配件已不再生產(chǎn)，只能采購升級換代后的配件，而升級產(chǎn)品與原系統(tǒng)又存在不兼容的情況，這就增加了技術(shù)協(xié)調(diào)難度。同時，國內(nèi)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組及其調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，例如，廣西橋鞏水電站裝機(jī)8臺單機(jī)容量為57MW的燈泡貫流式機(jī)組，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Φ7.4m；廣西長洲水電站裝機(jī)15臺單機(jī)容量為42MW的燈泡貫流式機(jī)組，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑Φ7.5m；這兩個電站的調(diào)速器及油壓裝置均由國內(nèi)廠家供貨，目前兩個電站均已投產(chǎn)發(fā)電，運(yùn)行效果良好，這就給我們改造大源渡電站調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1.4維護(hù)困難，成本高

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的人才需求和要求亦有顯著提升。越來越多的實際工作崗位不僅要求應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的人才具有較強(qiáng)的邏輯思維和抽象思維能力,更需要具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用能力。概率論作為應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)的核心課程之一,是專門研究客觀世界中隨機(jī)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)分支課程,其突出特點是既有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),又廣泛應(yīng)用于自然社會人文等眾多領(lǐng)域,與眾多學(xué)科具有密切聯(lián)系。因此概率論課程在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際和創(chuàng)新創(chuàng)造能力等方面,起著非常重要的作用。

由于調(diào)速系統(tǒng)均為進(jìn)口產(chǎn)品，備品備件及易損件均需從國外采購，價格高，采購周期長，如需外方專家提供技術(shù)支持時，外方專家不能短期到達(dá)，且技術(shù)服務(wù)成本高（2012年時，外方專家每人每天約需3 000元人民幣），協(xié)調(diào)難度大。

2　改造后調(diào)速器系統(tǒng)的新增功能和改善功能

2.1新增功能

（1）原調(diào)速器控制系統(tǒng)不具備一次調(diào)頻功能，改造后的PSWST-PLC型調(diào)速器具備了一次調(diào)頻功能，滿足了電力系統(tǒng)對電廠的新要求。

（2）增加了重錘卸荷閥以取代原失效緊急停機(jī)旁通閥的作用，在電氣、機(jī)械過速時保護(hù)動作，在導(dǎo)葉主配拒動且機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%時動作，此功能的增加，使電廠水機(jī)保護(hù)滿足了安全運(yùn)行的需要。

（3）改造前導(dǎo)葉主配僅由比例閥控制，運(yùn)行過程中如調(diào)速器失控導(dǎo)葉不能手動關(guān)閉。改造后導(dǎo)葉主配由比例閥和數(shù)字閥共同控制，當(dāng)調(diào)速器失控時，可在機(jī)手動方式下直接操作數(shù)字閥將導(dǎo)葉關(guān)閉，可避免調(diào)速器失控。且導(dǎo)葉關(guān)閉時，槳葉協(xié)聯(lián)關(guān)閉避免機(jī)組的異常震動。改造前調(diào)速器系統(tǒng)手動模式操作導(dǎo)葉，槳葉不協(xié)聯(lián)動作，機(jī)組震動較大。

（4）改造前的調(diào)速器功率反饋值由現(xiàn)地信號控制模塊采集，當(dāng)模塊出現(xiàn)通訊故障或復(fù)歸告警時，信號采集將出現(xiàn)故障，機(jī)組有功反饋開環(huán)，造成機(jī)組溜負(fù)荷；改造后的調(diào)速器系統(tǒng)增加了一套功率變送器，新增加的功率變送器直接將機(jī)組有功信號反饋給調(diào)速器控制器，且當(dāng)出現(xiàn)有功反饋信號故障時，調(diào)速器保持不動，保障機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行，改變了原調(diào)速器的缺陷。

2.2改善功能

PSWST-PLC型調(diào)速器在機(jī)組負(fù)載運(yùn)行時，當(dāng)導(dǎo)葉反饋信號、轉(zhuǎn)速反饋信號故障或消失，調(diào)速器電源消失，導(dǎo)葉接力器不動，使機(jī)組維持故障信號前的運(yùn)行狀態(tài)；改造前的調(diào)速器在以上異常情況下，均動作于機(jī)組緊急停機(jī)，這樣既不利于機(jī)組的安全運(yùn)行，也導(dǎo)致了電廠的非計劃停運(yùn)考核小時數(shù)增加。新的調(diào)速器系統(tǒng)大大減少了電廠機(jī)組非停的概率，調(diào)速器系統(tǒng)原理如圖1。

圖1　調(diào)速器原理圖

3　機(jī)組改造過程中存在的問題

3.1改造后的調(diào)速器系統(tǒng)與監(jiān)控裝置之間的通訊配合

故障現(xiàn)象：大源渡水電站機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)由通信及機(jī)組公共控制單元模塊AK1703；用于控制機(jī)組的自動開/停，以及機(jī)組輔助設(shè)備的投退的順控模塊；用于機(jī)組告警信號、跳閘矩陣處理、溫度監(jiān)視的安全模塊組成；通訊原理如圖2。其中AK1703模塊、順控模塊在機(jī)組運(yùn)行與停機(jī)狀態(tài)下都能復(fù)歸。安全模塊只能在停機(jī)狀態(tài)下復(fù)歸。調(diào)速器改造安裝完成后，停機(jī)狀態(tài)復(fù)歸順控模塊，機(jī)組所有輔機(jī)啟動，調(diào)速器動作開啟導(dǎo)葉，瞬間所有輔機(jī)恢復(fù)至停止位置，調(diào)速器停止。

圖2　調(diào)速器通訊原理圖

分析處理：查看調(diào)速器事件清單，先后有“開機(jī)令”和“停機(jī)令”輸入，間隔時間5 s。改造之前，復(fù)歸順控模塊只有輔機(jī)啟動、停止，調(diào)速器不動。查看機(jī)組控制程序，發(fā)現(xiàn)重啟順控模塊后，機(jī)組控制系統(tǒng)會在輸出一個5 s的“開機(jī)”脈沖后輸出一個5 s的“停機(jī)”脈沖?！伴_機(jī)”令輸出后，機(jī)組進(jìn)入開機(jī)流程，所有輔機(jī)開始啟動，同時調(diào)速器開啟導(dǎo)葉，因5 s的時間水輪機(jī)主油閥未來得及打開，調(diào)速器雖然動作于開導(dǎo)葉，但油壓不夠至導(dǎo)葉雖然動作，但開度很小，“開機(jī)令后的“停機(jī)令”讓機(jī)組重新穩(wěn)定回到停機(jī)狀態(tài)，也避免了出現(xiàn)事故。原來的MIPREG DGC600 C微機(jī)型電液調(diào)速器在順控模塊復(fù)歸后沒有動作，分析因為電廠的設(shè)備為整機(jī)進(jìn)口，在啟停過程中設(shè)計了與監(jiān)控的時間配合，從而避免了復(fù)歸順控模塊導(dǎo)致調(diào)速器誤動。而新改造的調(diào)速器未設(shè)計時間配合，這也解釋了為什么改造后的調(diào)速器在復(fù)歸順控模塊后會誤動。經(jīng)過討論，復(fù)歸順控模塊重啟后，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“開/停機(jī)令”會導(dǎo)致調(diào)速器誤動，不利于安全運(yùn)行。將復(fù)歸順控模塊后，發(fā)“開/停機(jī)令”的程序刪除。刪除程序后再進(jìn)行復(fù)歸操作，調(diào)速器可靠不動作。

3.2調(diào)速器導(dǎo)葉控制閥組控制回路故障

故障現(xiàn)象：在一臺機(jī)組無水調(diào)試的過程中，機(jī)手動控制模式下，可以通過電磁閥現(xiàn)地增減導(dǎo)葉開度，停止操作調(diào)速器控制閥組正常。機(jī)手動方式將導(dǎo)葉全關(guān)，調(diào)速器控制方式切至電手動模式，發(fā)現(xiàn)調(diào)速器控制屏導(dǎo)葉開度顯示在0~2%內(nèi)擺動。

分析處理：開始判斷以為變送器存在誤差，但現(xiàn)地觀察發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉控制閥組確實存在連續(xù)異音，仔細(xì)觀察可發(fā)現(xiàn)主配閥芯上下移動。首先由廠家工程人員對機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行了核對，確認(rèn)與已改造機(jī)組相同后，嘗試對參數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，主配閥芯在電動模式下仍然移動。分析閥組在機(jī)手動方式下運(yùn)行正常，而在電手動模式下異常，可能系電手動模式下導(dǎo)葉比例閥控制輸入線路有干擾竄入，檢查導(dǎo)葉動作控制線路，發(fā)現(xiàn)一根導(dǎo)葉開啟控制線纜有破損，推測為開啟控制回路有電信號，使導(dǎo)葉動作開啟，而停機(jī)狀態(tài)的控制程序使導(dǎo)葉動作關(guān)閉，兩者不斷重復(fù)，導(dǎo)致了導(dǎo)葉不停地開關(guān)動作。將此控制輸入線纜用備用電纜替換。將控制方式切至電動，導(dǎo)葉主配壓閥運(yùn)行正常。線纜損壞可能系電纜在運(yùn)輸途中遭受外力或出廠就不合格；更可能的是因為施工人員在接線時由于各種原因的無意損壞，這就要求我們要注意不斷提高施工工藝。

3.3調(diào)速器硬件故障

（1）故障現(xiàn)象：調(diào)速器無水試驗測試槳葉動作時，槳葉位置不穩(wěn)，開度量飄移量達(dá)到2%，如果這種情況發(fā)生在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，勢必造成槳葉頻繁操作，給機(jī)組安全運(yùn)行帶來隱患。

分析處理：槳葉比例閥控制回路故障破損，有干擾量竄入，導(dǎo)致槳葉比例閥有電信號送入而誤動。但槳葉在電動和手動模式兩種情況下，都存在同樣問題，排除控制回路故障破損。槳葉位置反饋回路存在故障，導(dǎo)致輸入PLC的槳葉反饋位置信號不穩(wěn)定，調(diào)速器根據(jù)給定值不斷自動調(diào)節(jié)槳葉位置造成了此故障現(xiàn)象，檢查槳葉位置反饋模塊AK288輸出信號，信號穩(wěn)定；檢查AK288至調(diào)速器PLC輸入模塊之間的槳葉位置隔離變送器AP512電流輸出信號，發(fā)現(xiàn)信號不穩(wěn)，更換AP512，故障排除。

（2）故障現(xiàn)象：槳葉動作緩慢，全開全關(guān)動作時間長，將槳葉開、關(guān)機(jī)時間機(jī)械調(diào)整螺母調(diào)制最短，依然無效。

分析處理：可能為壓力油系統(tǒng)壓力不夠，檢查調(diào)速器壓力油系統(tǒng)工作正常；檢查槳葉操作油腔氣體較多，反復(fù)通過平壓閥管道操作槳葉，將管道內(nèi)氣體排凈后，測量槳葉全開全關(guān)時間，時間減少但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常值。分析槳葉比例閥被施工單位分拆過，可能是比例閥內(nèi)部被污染，導(dǎo)致比例閥卡澀，致槳葉開關(guān)緩慢。重新更換安裝新的槳葉比例閥，再次測試槳葉開、關(guān)時間恢復(fù)正常。這次故障提醒我們調(diào)速器上的比例閥、數(shù)字閥在拆解、安裝過程中，一定要注意保護(hù)好，防止污染損壞，造成不必要的損失。

4　改造后的應(yīng)用情況

改造后的調(diào)速器投入運(yùn)行以來，運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)過多次實際事件考驗，證明了改造后調(diào)速器新增、優(yōu)化功能的優(yōu)越性和必要性。改造后的調(diào)速器系統(tǒng)壓力油罐保壓時間更長，調(diào)速器油泵打壓時間周期由原來的2min左右延長至13min左右；調(diào)速器漏油泵啟動時間周期增長，由原來的1 h左右啟動一次延長至平均6 h左右一次，這些性能的改善既節(jié)約了能源也提高了調(diào)速器油泵、漏油泵的使用壽命。改造后的調(diào)速器投入運(yùn)行以來，運(yùn)行平穩(wěn)，經(jīng)過多次實際事件考驗，證明了改造后調(diào)速器新增、優(yōu)化功能的優(yōu)越性和必要性。

5　結(jié)束語

調(diào)速器系統(tǒng)作為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的的核心部分之一，與電廠安全運(yùn)行密切相關(guān)。20世紀(jì)興建的水電廠調(diào)速器系統(tǒng)相當(dāng)一部分從國外進(jìn)口，這些系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)入老化期，進(jìn)口設(shè)備備件的采購費用高昂?，F(xiàn)在國內(nèi)調(diào)速器系統(tǒng)制造水平已經(jīng)成熟，功能更加完善，調(diào)速器國產(chǎn)化改造成為許多水電廠的選擇。調(diào)速器改造中既有電氣部分的改造，也有機(jī)械部分的改造。改造之前，要熟悉電路接線，弄清與監(jiān)控、勵磁系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系，防止安裝完工后出現(xiàn)配合故障引發(fā)安全事故。改造之中注意提高施工工藝，加強(qiáng)設(shè)備安裝的管理，防止因為人為的失誤導(dǎo)致改造時間延長。

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TK730.4+1

B

1672-5387（2016）02-0067-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.020

2015-06-26

鄒杰（1986-），男，助理工程師，從事水力發(fā)電廠運(yùn)行、維護(hù)工作。