崔家营航电枢纽水轮机调速器若干故障处理探讨
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摘要： 本文介绍了湖北省汉江崔家营航电枢纽水轮发电机调速器主要结构、工作原理，分析了安装调试和运行维护中遇到的问题，提出了解决措施。
Abstract： This paper introduces the main structure and working principle of the hydrogovernor of Cuijiaying avionics hub in Hanjiang， Hubei Province， analyzes the problems in installation commissioning and maintenance， and puts forward the solutions.
关键词： 调速器；故障；水头；水轮发电机；传感器
Key words： speed governor；fault；water head；hydro generator；sensor
中图分类号：TV734.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）11-0112-02
0 引言
水电站调速器系统在整个发电过程中起着调整转速和功率的作用，其运行的稳定性和可靠性决定着整个电站的发电质量。崔家营电站在发电后的8年中，遇到各种相关的调速器不稳定现象。通过我厂的工程技术人员经过过年的理论分析和研究，以调速器稳定运行为目的，通过各种技改，采用了调整增益、增加续流回路等各种新方法和新措施取得丰硕的成果。特别是文中提及的桨叶主配间歇性抽动中采取的调整增益的方案是通过理论计算和分析后确定出的方案是一项行业创新。本文提到的各种解决方案值得广大水电同行交流。
1 工程概况
崔家营航电枢纽工程位于湖北省汉江中游，襄阳市下游17km，上游距丹江口水利枢纽134km，下游距河口515km，是一个以航运和发电为主，兼顾灌溉、供水、旅游及水产养殖等综合效益的航电枢纽工程。电站安装有灯泡贯流式水轮发电机组6台，总装机容量90MW。
2 调速器的主要结构
电站水轮机调速器采用PZWST150-6.3型调速器，电液转换器采用比例伺服阀，手操机构采用带自复中性能的直线位移转换器，调速器工作油压为6.3MPa，主配压阀直径为150mm，导叶、桨叶反馈采用电气反馈，无机械反馈和机械开度限制，协联型式为电气协联；电气部分采用法国施耐德生产的M340型PLC，测频为残压测频和齿盘测频冗余型式。
调速器机械部分主要由比例伺服阀、手操机构、紧急停机电磁阀、手自动切换阀、双精滤油器、液压反馈阀（也叫引导阀）和主配压阀及事故配压阀、分段关闭阀等部分组成。
调速器电气部分主要由电源部分（包括电源断路器、开关电源和PLC电源模块、电源变压器，二极管模块等），频率测量部分（包括隔离变压器、残压齿盘整形模块、接近开关、高速计数模块等），输入输出部分（包括继电器、模拟量输入输出模块、开关量输入输出模块），传感器部分（包括水头测量差压变送器、导叶开度测量传感器、桨叶开度测量传感器、主配位置测量传感器、有功变送器等）、CPU模块、工控机和其它部分组成。
3 调速器的工作原理
调速器机械部分的主要原理详见图1，电气部分控制原理及传递函数结构详见图2。
该系统闭环传递函数为：
4 调试时所遇到的问题和解决办法
4.1 调速器有功显示不准确
现象：机组带额定功率运行时，调速器有功显示与监控系统偏差不大，但在偏离额定功率运行时，有功显示偏差较大。
解决办法：按功率变送器的量程和电压电流互感器变比来设置功率反馈参数，如功率变送器量程为0-866W（输出为4-20mA），电压互感器变比为10000/100V，电流互感器变比为1200/5A，调速器PLC模拟量对应输入4-20mA的测值是2000-10000，设置零位为2000，满量程为10000，此时满量程对应的输出是100（%），再乘以系数0.20784（8.66*0.1*0.24），此时单位已转换为MW。调速器经此设置后，调速器有功显示准确。
4.2 桨叶主配压阀间歇性抽动
现象：六台机调速器全部投产后，发现有几台机组桨叶主配存在间歇性抽动现象，经减小桨叶大环增益和小环增益效果不明显。
解决办法：仔细检查发现，PLC的模拟量输入模块在桨叶反馈输入接线处有一连接线，查该连线应在电流反馈时接入，电压反馈时拆除，因崔家营航电枢纽桨叶反馈采用电位器型式，属于电压型反馈（0-10V输出），故需将该连接线拆除，分析可能在出厂调试时使用了电流型反馈装置（4-20mA输出），出厂调试完毕后没有及时拆除连接线，拆除该连接线后，重新调整了桨叶反馈装置，并对PLC程序的桨叶反馈零满度进行了调整，处理后桨叶抽动现象消失，显示正常。
4.3 调速器报主配反馈故障信号
现象：调速器主配压阀反馈信号是整个系统的重要控制核心信号，整个系统的随动系统稳定取决于其测量的准确性。其采集信号为传递函数中计算的核心依据。崔家营航电枢纽调速器运行一段时间后，每到夏季，就经常报主配反馈故障信号，对主配传感器安装位置进行少量调整，并修改程序中主配反馈零位值后，可以暂时解决此问题，但运行一两个月后又会报主配反馈故障。
解决办法：对主配反馈进行更换，更换为工作电压、行程和输出信号型式都与原传感器一致的原装进口磁致伸缩传感器，更换后经多年运行，未再报主配反馈故障信号。
4.4 调速器运行时导叶主配有振动
现象：调速器投运后机组正常运行时机械柜内有振动声，用手触摸发现导叶主配有轻微振动。
解决办法：对大环增益和小环增益进行了少量调整，调整后主配振动消失，并试验随动系统反应较快，转速死区和不准确度无明显变化。
4.5 水头显示不正常
现象：原设计采用差压变送器作为调速器的水头信号输入，运行中发现，在六台机的拦污栅清理干净的情况下或者机组导叶大幅度动作时，每台机的差压变送器输出信号相差较大，最大误差超过1m，造成调速器长期使用手动水头，增加了运行人员的工作强度，还可能因输入水头不准确造成机组效率下降或振动增加。
解决办法：参考了同类型电站的做法，采用上下游水位计测得的水位，利用水位差计计算出上下游水位差，作为调速器的水头输入，在调速器程序中减去固定的水头损失，为防止水头突变对调速器运行造成影响，在程序中设定调速器运行水头与输入水头差值大于0.1m且小于1m时向变化方向增加（减小）0.1m，运行水头与输入水头差值大于1m时不予修改，并对最高运行水头和最低运行水头进行了限制，技改后效果较好，多年来自动水头运行正常。
4.6 自动补气装置投运不正常
现象：油压装置自动补气阀调试完成并投入自动运行后，两次出现因补气阀故障引起油源控制柜直流电源回路跳闸的缺陷，并出现了一次自动补气阀全开后不能自动关闭的现象。
解决办法：①在补气阀电源回路的正极和负极各增加一个端子排式熔断器，选择保险管额定熔断电流为1A。②将补气阀开启和关闭的中间继电器均更换为四接点继电器，将补气阀动作继电器的常闭接点串接至补气阀复归回路，以确保在补气阀动作继电器发生接点粘连时，复归回路不会动作。③在补气阀动作和复归回路的正电源回路采用双接点串联，以增强断开能力，避免接点烧蚀。④在补气阀线圈两端并联400V/0.47Uf的电容器一只，用于吸收接点断开时的感性电流来避免线圈受感应电动势的影响而高压击穿。采取上述措施后，两年来补气阀运行良好，未再出现电源跳闸或不能关闭现象。
5 结束语
水轮机调速系统是水电站的重要控制设备，其运行质量的好坏对电站运行起着非常重要的作用，通过对崔家营航电枢纽调速系统投运以来出现的一些故障进行分析和处理，保证了调速器的正常运行。
参考文献：
[1]DL/T496-2001，水轮机电液调节系统及装置调整试验导则[S].
[2]GB/T9652.1-2007，水轮机控制系统技术条件[S].
[3]GB/T9652.2-2007，水轮机控制系统试验[S].