调速器维护经验交流柘溪.docx

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调速器维护经验交流柘溪

柘溪水电厂调速器维护经验交流材料

调速器作为水轮发电机重要的辅助设备，其运行工况好坏直接影响到主机的运行状况。

柘溪水电厂是一个老厂，从上世纪90年代起已经完成了2次调速器升级换代改造，调速器的维护工作从以前的繁琐，到现在的简单明了。

随着各项标准、制度的出台，检修和日常维护也日趋标准化。

为了更好的与兄弟电厂交流，特将最近几年工作总结如下，希望大家共同探讨，多提宝贵意见。

1.把好调速器质量关

调速器的本身质量是最为关键的东西。

调速器已经进入群雄逐鹿的时代，全国各地有大量的厂家从事调速器的制作工作，但是产品质量却是参差不齐，市场也较为混乱。

在进行产品选型时一定要慎重，一定要选用质量可靠的产品，特别是一些关键部件尽量使用经过老化试验的产品，比如：

控制PLC、频率采集模块、导叶反馈变送器、电磁切换阀、比例伺服阀等。

其次电气柜内各元件的布局也要合理，既要美观，也要便于今后的日常维护（一些大厂的产品在设计时就已经考虑设备散热的问题，问题虽小，却无形中减少了以后的维护工作量）。

下面将我厂一些可靠的元件和电气回路上的一些亮点总结了一下。

●电源部分：

电源我们推荐使用台湾的明纬开关电源，该电源进入生产现场这么多年（现在在运的开关电源最大工作年限达14年），缺陷量少，工作可靠。

●信号接入部分：

开关量输入采用了电气隔离配置，我厂CVT-150型调速器采用了继电器隔离的方式，信号输入全部经过继电器隔离，避免长距离的远方信号出现干扰信号。

当外部回路出现短路时也可以有效的保护调速器核心控制部件免受灭顶之灾。

模拟量部分则通过信号分支器进行隔离，通过分支器将信号一分为二，一组输入控制核心进行采集，另一组则接上端子排，以便平时试验接取现场信号。

TV强电部分在盘内通过TV再次进行隔离，隔离后的信号再输入整形电路进行检测。

●电磁阀驱动部分：

电磁阀现在大部分都采用了进口或者合资生产的产品，性能上已经完全满足现场需要，但是一些调速器现场环境比较恶劣，会出现电磁阀线圈损坏的现象。

电磁阀线圈是比较细的铜线绕制而成，在潮湿的化境下存在线圈受潮的隐患，当电磁阀通电后，线圈发热，线圈膨胀导致线圈内部断线（该情况在我厂进水口闸门液压回路上出现过）。

另外电磁阀在使用时在线圈两端并联一阻容吸收或反向续流二极管，消除线圈的瞬间过电压。

在保证产品质量的同时，我厂加强设备验收的管理，将一些设备问题在未出厂前解决，减少设备到达现场进行处理的工作量。

2.加强调速器的检修质量关

2.1调速器投入运行后，要使其工作可靠，检修质量是关键中的关键，要做到检修工艺细化，流程标准化，不缺项漏项，不留死角。

比如：

电源电压的测量，回路负载的测量，电磁阀线圈电阻的测量，调速器分组电磁阀的成组试验，紧停电磁阀的单体动作试验等。

2.2调速器在日常维护检修时不能局限于调速器本身，而要将其当成系统来完成，设备除了调速器外还要包括机组油压系统的其它设备，特别是一些水机部分的联动试验要做到全面到位。

08年我厂就因为联动试验不到位造成（分段关闭阀无法正常工作没有及时发现）停机不成功。

2.3调速器的试验严格按照水机状态检修实施细则执行，在检修时对例行试验严格执行，可以不进行的诊断试验适当调整进行。

2.4完善检修后验收制度，虽然调速器常规试验只是班组内部验收，但是验收程序还是严格执行的，班长技术员直接验收全部试验项目，在投运前还仔细检查检修的原始记录，及时发现检修过程的隐患。

2010年在一次检修过程中发现#6机调速器导叶反馈在录波过程时发现曲线存在毛刺，现场检查发现调速器接力器不动时，反馈电压跳变较大，更换反馈变送器后正常，拆开电位器后发现转动部分存在较为严重的磨损。

2.5严格执行奖罚制度。

没有规矩不成方圆，未按照规章制度做事，就要处罚。

按照规章制度办事就要奖励。

3.及时消缺管理加强日常巡视。

3.1平时日常巡视是发现缺陷的途径之一，需要维护人员熟悉设备，有责任心。

一旦发现运行人员发现缺陷而维护人员未及时发现，则进行考核。

3.2调速器在日常维护中缺陷比较少但是有些缺陷确实非常头疼，并且无法及时处理，需要维护人员举一反三，有时还需要联系厂家处理。

总之要有咬定青山不放松的精神，一定要把缺陷处理好。

最近两年两次典型缺陷介绍，具体见附件。

附件1：

#3机调速器油压频繁波动缺陷

1、前言

柘溪水电厂#3机在安装机械过速保护装置后，屡次出现的低油压故障，极大的影响了机组的安全稳定运行。

机械过速保护装置作为水轮发电机的关键水机保护装置，该装置通过切换油路驱动机组事故配压阀或紧急停机配压阀，保证机组在过速情况下或调速器失灵后可以正常将导叶快速关闭。

在安装及设计过程中由于配压阀（插装阀）动作压力及管路内油压等各种不稳定因素，有可能导致过速保护装置在运行时出现误动作或动作规律不正常，给机组的稳定运行造成了极大的危害，因此消除其机械干扰成为机械过速保护装置在安装和设计中的一个重要课题。

2、原理分析

水轮机组接力器由油压传动。

油泵控制回路通过油泵控制压油槽油压（以下简称油压）稳定在正常范围，从而实现调速器对接力器的可靠控制。

系统漏油、和机械过速装置等液压执行元件的回油排入安装在较低位置的漏油箱，再通过漏油泵将油送至回油箱。

如图2.1所示。

机械过速保护装置在出现机组过速的情况下，通过油路切换，直接将压力油作用到调速器紧急停机液压阀，作用于紧急停机。

图2.1机组油压装置基本原理图

柘溪电厂采用的是阿尔斯通公司的离心式飞逸保护装置（另配有电气信号，本文主要根据液压系统说明），其液压原理如图1.2所示。

当机组出现过速的情况下，脱钩器通过配置的液压阀切换油路控制电液转换器（我厂#3机为调速器紧急关机液压阀）进行紧急停机操作：

P口将液压信号传至B口，然后驱动调速器紧急停机油路，作用紧急停机。

图2.2离心飞逸装置安装示意图

由于与B口所连的电液转换器往往是电磁配压阀或者电磁插装阀，电磁配压阀的驱动压力一般高于插装阀，在实际运行中往往出现电磁配压阀动作延时，或者插装阀受到机械过速保护管路中液压信号的机械干扰，常常导致紧急停机油路动作不正常。

我厂于08年完成调速器改造，分别了预留与机械过速装置相连的油路，09年#3机安装机械过速保护装置，机械连接原理图如3.1修改前所示。

机械过速保护装置未动作之前，T口与B口（保护装置至调速器过速保护接口）是导通的（为了防范电磁配压阀使用中出现的动作延时问题，我们将漏油泵的出口直接与T口相连，保证机械过速保护装置至调速器紧急停机阀之间的管路一直保持为充满油状态，避免出现机械过速保护装置动作切换油路后还要给先给管路充油然后再使管路油压达到电磁配压阀动作值）。

但是我们忽略了我厂使用的插装阀驱动压力低于以前使用的电配压阀驱动压力这一关键因素，按图3.1改造前配管完成后，只要漏油泵启动，T口产生一定压力（下文简称FT），这个压力直接通过过速保护装置的排油T口、B口作用于调速器紧急停机插装阀压力控制接口，当FT大于插装阀控制动作压力时，紧急停机油路短时接通，导叶紧急关闭，当FT小于插装阀控制动作压力时，紧急停机油路复归，调速器的控制程序又将导叶打开至原来开度。

由于漏油泵运行持续1-2分钟，在这个时间段里压力FT一直存在且无规律可言，因此导叶随FT的大小出现一关一开的往复动作现象，此时压油槽压力油位均迅速下降，单台压油泵打油时压油槽油压升不上来，出现低油压现象。

图2.3是故障时机组压油槽油压和导叶的工况图。

图2.3故障情况下导叶开度及油压曲线图

3、管路设计

根据我厂的安装情况以及现场的实际存在问题，修改了原来的原理图，重新设计一种消除机械干扰的机械过速保护管路，其改造前、后原理如图3.1所示。

将T口直接与漏油箱底部相连，消除了漏油泵在运行中对调速器紧停回路液压信号的机械干扰。

改造前改造后

图3.1管路改造前后原理图

4、试验验证

对设计的管路采用了TSC-1000进行了后期的试验验证，其紧急停机，自动开机，静特性试验数据分别如图4.1所示。

图4.1（a）紧急停机

从图中可以看到紧急停机时间为9s，虽然较改造前的7s有所增加，但是符合相关要求不影响机组的安全运行。

图4.1（b）自动开机图4.1（c）自动停机

开停机曲线平滑，时间符合相关要求。

图4.1（d）静特性

其中bp=6.188%,ix=0.016%,ε=0.875%，符合国标要求。

经过一系列的验证，以及长时间监视，机械过速保护装置工作正常，通过上位机锁定#3机低油压故障进行查询，再也没有出现过低油压故障。

5、结束语

经过前期的设计及安装，此种管路现已投入至我厂的紧停回路的生产运行中，通过多种实验的测试及验证和运行阶段的反馈，这种管路的设计及配置较为合理，消除了机械干扰对紧停回路的影响，保障了机组稳定、高效运行。

附件2#4机带#3主变零升导致机组过速缺陷

1.现象：

2006年9月21日23：

37中控室电铃响、喇叭叫，#342开关事故跳闸；NT报警站出现“#4机转速N1＞=150及#4机紧急停机下闸”事故信息，有“发电机负序谐波装置报警及#4机频率74.9Hz”等故障信息。

当时在进行#4机带#3主变零升试验。

2.过速原因查找：

我厂#4机、#3机、#3主变采用扩大单元接线，调速器的网频取自开关站母线TV。

#4机更新改造后，按照调度并网要求进行了#4机的一次调频试验，试验完成后将该功能投入运行。

投运前后虽然调速器型号发生了改变，但同型号调速器在#2机上已经稳定运行2年多，也完成了几次机组带主变零升的试验，并未发生异常现象（#2机的调节参数与#4机不同，并且人工频率死区为0.3Hz）。

于是，这一问题给我们的感觉就是无从下手，只是怀疑程序在频率判断处理方面存在缺陷或者一次调频功能的投入对控制部分产生了影响。

于是生产厂家、试验院和我厂技术人员一同通过试验查找原因。

我们分别模拟空载、并网不投一次调频、并网投一次调频三种状态进行有水试验。

经过仪器模拟机组频率变化，前两种状态下，调速器均能稳定运行，但并网投一次调频后，经过几次干扰调速器出现了失控的现象，调速器导叶开度曲线、机组频率曲线出现了呈发散趋势的变化，再现了当时过速的现象。

3.原因分析：

调速器在进行控制时，以下方程表示机组运动规律：

式中，J－机组转动惯量，fj－机频，Mt－水轮机水力矩，Mf－机组摩擦力拒，Mg－发电机电磁阻抗力矩

从中可以看出，要保持机频fj＝fc不变，力矩平衡、左右两式相等是其前提。

众所周知，Mt是水流对转轮叶片作用而形成的，它推动机组转动；简单而言，若水头H不变、接力器开度不变，则Mt为某一固定数；假如摩擦力拒Mf也为某一固定值，那么机频fj的变化就取决于发电机阻抗力矩Mg的变化规律。

Mg增加，fj减小；Mg减小，fj就增加。

显然，Mg的变化影响fj的变化。

具体分析如下：

机频fj高于额定频率fc，此时如果励磁不变，则发电机机端电压就会因fj偏高而增大，由于要跟踪给定电压，这时就要减磁，减磁的结果使Mg减小，fj进一步上升。

对4#机而言，由于发电态的机频与网频不见得一样，调速器在发电状态机频容错判据不合理（当时采取判断条件：

在并网发电状态，如果机频、网频信号都正常，且|机频-50Hz|＞|网频-50Hz|，则机频有效值＝网频测量值），导致实际机频上升时，认为机频信号是错误的，而将网频作为机频有效值，但此时网频依然是接近50Hz的数，50Hz附近的数作为机频有效值，产生的控制结果就是接力器开度在当前开度附近基本不变，也就是Mt为某一固定数；另一方面Mg的减小导致fj的进一步上升，励磁的进一步减磁，如此相互作用，使fj逐渐增大至某一较高数值、直至过速。

这是有可能过速的原因之一，从理论上分析存在隐患，但从试验情况来看这一原因还不是当时过速的根本原因，在进行处理后，进一步分析一次调频与过速的关系。

一次调频是通过发电机组调速系统的负荷频率特性对电网的功率和频率产生控制，它主要是通过调速器系统的静态特性及PID动态特性来实现的。

对于水轮机调节系统，一次调频是通过电网实际频率偏离了工频及额定频率的偏差，按照静态特性的永态转差系数bp或ep对机组进行功率控制。

它将网频信号送入调速器电气采集部分，通过程序判断网频与频率给定值产生的偏差进行控制。

因为每台调速器都设有固定的永态转差系数，是一个有差调节。

对于bp，我厂调速器设定值是4%，人工频率死区设定值为0.05Hz，对于静特性近似于一条直线的机组而言，bp与bt（暂态转差系数）相同，可以用来取代bt，

根据其计算特性bp=

*100%,当

=0.05Hz，

=2.5%,即2.5%的导叶开度，当频差达到0.1Hz时，导叶开度变化将达到5个开度，在机组未并入大网运行时，2.5个开度的导叶变化对调速器的稳定是非常致命的，特别是在频差连续发生变化，调速器选取与实际工况不对应的调节参数更容易导致导叶开度呈发散的趋势变化。

而未投入一次调频时bp为4%，人工频率死区设定值为0.3Hz，经过人工频率死区的作用，网频的变化对机组转速的影响大大减小，基本可以忽律不计，机组可以稳定运行。

4.结论：

在进行#4机带#3主变零升试验时，发电机出口开关合上，调速器认为机组进入并网发电态，其实在此种工况下调速器仍然处于空载工况，但是调速器采取的调节方式却发生了变化，采用的并网发电态的调节参数（调速器在并网前采用频率调节模式，属于无差调节）。

再加上在假并网态情况下，网频与机频不再属于一个电气连接，在这种特殊的工况下，错误地投入了一次调频功能，最终导致控制失控，产生频率振荡，最后导致机组过速。

5.采取措施

根据调速器出现故障的原因，我厂针对这一缺陷采取了下列措施：

1）为防止类似情况再次出现，在以后的机组带主变进行试验时，将调速器的油开关信号甩开，保证机组实际运行工况与调速器程序判断工况相符；

2）每次试验前，将并网后自动投一次调频功能退出；

3）将主变高压侧开关信号引入调速器控制部分，增加调速器对实际工况判断的正确性；

4）更改调速器的网频取向，将调速器的网频信号从变压器低压侧引出至调速器；

5）厂家修改频率容错逻辑判断；

6）全面检查监控系统机组过速判断程序，将在并网态下闭锁电气过速保护开出的回路删除。

同时，厂家也针对该情况进行了程序修改，增加了并网发电态后的频率限制，并增加线路侧甩负荷判断程序，以防止线路侧甩负荷导致机组过速。

通过采取这一系列的措施后，彻底解决调速器的这一缺陷。

6.感想

随着调速器技术的发展，调速器从80年代以前机组频率（转速）控制器，发展成为具有一次调频、二次调频等附加功能的综合控制器。

随着一些新功能的投运，调速器势必会有一些我们想不到的隐蔽缺陷存在，这就需要我们技术人员根据其调节特性进行全面分析和思考，找出缺陷根源，楸出设备的不安全因素。

也从另一方面提醒我们要加强自身的学习，以适应设备发展的需要，适应设备安全运行的需要。