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      現(xiàn)代中小型水電站水輪機調(diào)速器的調(diào)試和維護

      2009-09-10 06:26:24
      中國新技術新產(chǎn)品 2009年16期
      關鍵詞:水輪調(diào)速器水輪機

      肖 平

      摘要:調(diào)速器是水輪發(fā)電機組自動控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心部件之一,其性能、工況直接關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)速器的特點與功能的基礎上,探討了調(diào)整試驗及日常維護內(nèi)容。

      關鍵詞:小型水電站調(diào)速器調(diào)試試驗故障判別

      水輪機調(diào)速器是水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心,也是小型水電站總體自動化系統(tǒng)的關鍵部件之一。調(diào)速器對水輪機的控制,是自動控制原理在水輪發(fā)電機組控制上的具體應用。

      1 小型水電站調(diào)速器的特點

      它除了具有一般自動控制裝置的特征外,還有以下特點。

      操作力大。水輪發(fā)電機組是重型機械設備,尺寸大、重量重,水輪機運行時通過的水流量大,因而控制進水門需要很大的操作力。通常用油壓操作,往往具有兩級或更多的液壓放大機構(gòu)。

      影響因素多,動作過程復雜。調(diào)速器所控制的是由水流、水輪發(fā)電機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)速器控制過程中形成的水錘產(chǎn)生反調(diào)效應。使水輪機調(diào)速器系統(tǒng)穩(wěn)定困難,控制復雜化。調(diào)節(jié)過程中各部分工作情況的變化,都會影響調(diào)節(jié)過程。因而水輪機調(diào)節(jié)是一個受多種因素影響的復雜過程。

      調(diào)速器具有多種功能。除了在負載變化時自動調(diào)節(jié)水輪機流量外,調(diào)速器還應當實現(xiàn)開機、停機、調(diào)整頻率、控制機組出力等操作,在事故情況下應能執(zhí)行緊急停機,以保證機組的安全。

      2 調(diào)速器的功能

      調(diào)速器的設計,根據(jù)用電用戶小和水電運行環(huán)境的特殊要求,將針對常規(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特的性能。

      并網(wǎng)功能:調(diào)速器能根據(jù)指令(機旁操作或遙控系統(tǒng)作)自動開機,采用閉環(huán)控制方式啟動,機組轉(zhuǎn)速上升迅速平穩(wěn),自動達到空載開度。當機組到達空載開度后,自動準同期控制系統(tǒng)即能精確調(diào)控機組頻率跟蹤網(wǎng)頻,并具有相角控制達到每分鐘至少可提供6次以上過周期并網(wǎng)點的機會,使機組并網(wǎng)更迅速、平穩(wěn)。

      調(diào)節(jié)有功功率:我國大多數(shù)中小水電機組都是并入電網(wǎng),長期帶固定負荷運行的。機組并網(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)速器具有開環(huán)調(diào)功及閉環(huán)調(diào)功兩種方式,所用的執(zhí)行機構(gòu)又是數(shù)控電液隨動系統(tǒng),具有定位精度高,帶自鎖裝置不溜負荷等特點,從而使整個調(diào)節(jié)有功功率的過程達到迅速、平穩(wěn)、精確的水平。

      自動調(diào)頻功能:中小型水輪發(fā)電機組在農(nóng)村小電網(wǎng)中,經(jīng)常因電網(wǎng)解列而被迫甩負荷停機。調(diào)速器有性能優(yōu)越的自動辨識系統(tǒng),一旦電網(wǎng)解列,自動辨識系統(tǒng)立即將調(diào)速器由并網(wǎng)帶基荷運行狀態(tài)改為帶小網(wǎng)調(diào)頻運行狀態(tài)??焖俚臓顟B(tài)辨識及調(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,不會造成電網(wǎng)解列后,地方小電網(wǎng)全網(wǎng)崩潰的嚴重后果,保障了發(fā)電、供電、用電的安全。

      3 調(diào)速器的調(diào)整試驗與維護

      調(diào)速器在組裝和大、小修之后,必須經(jīng)過一系列調(diào)整、試驗和檢查,才能保證今后正常,安全地運行。

      3.1 調(diào)速器調(diào)試的基本內(nèi)容

      靜態(tài)試驗(充水前試驗)。當調(diào)速器組裝完畢,通過充油及電氣部分的線路檢查無異常后,就可做調(diào)速器靜態(tài)特性試驗。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之間的關系,即y=f(n)。通過對調(diào)速器靜特性的測定,確定調(diào)速器的轉(zhuǎn)速死區(qū)ix,校驗永態(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。試驗條件:bp=6%,開環(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。

      試驗方法。用穩(wěn)定的頻率信號源輸入額定頻率信號,以開度給定將導葉接力器調(diào)整到50%行程附近。然后升高或降低頻率使接力器全關或全開,調(diào)整頻率信號值,使之按1個方向逐次升高或降低,在導葉接力器每次變化穩(wěn)定后,記錄該次信號頻率值及相應的接力器行程值,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)特性曲線斜率的負數(shù)即永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp。國標(GB/T9652o21997)規(guī)定中型調(diào)速器ix<0.08%,小型調(diào)速器ix<0.10%。

      動態(tài)試驗(充水后試驗)。為了檢查調(diào)速器的質(zhì)量,保證機組在突變負荷時能滿足調(diào)節(jié)保證計算的要求和所規(guī)定的動態(tài)指標,掌握機組在過渡過程中的狀態(tài)和各調(diào)節(jié)參數(shù)變化的范圍以及參數(shù)變化時對機組過渡過程規(guī)律的影響,從而找出最佳參數(shù),提高機組運行的穩(wěn)定性及可靠性,檢查機組設計及檢修質(zhì)量,保證機組安全運行等。

      單機空載穩(wěn)定性觀測

      ①手動空載擺動值測試。檢查機組各部分均已具備啟動條件后,手動操作調(diào)速器使導葉慢慢開啟至空載開度附近。當機組轉(zhuǎn)速升至80%后,慢慢調(diào)整導葉開度使機組頻率穩(wěn)定在50Hz附近;停止操作導葉接力器,待穩(wěn)定一段時間后用頻率計測量機組頻率,并記錄連續(xù)3min機組頻率擺動值的最大值fmax和最小值fmin則頻率擺動范圍為△f=fmax-fmin。如以相對量表示,則為△x=2(fmax-fmin)%。此時的頻率波動,一般均系水力不平衡或機組本身問題所致,與調(diào)速器無關。

      ②自動空載擺動測試。將調(diào)速器切為自動運行,測量機組轉(zhuǎn)速擺動值。測試方法與手動運行時測試方法基本相同,只不過需進行參數(shù)的選優(yōu)工作。最優(yōu)參數(shù)應是空載擾動試驗的優(yōu)化參數(shù)。

      國標(CB/T9625.1-1997)中規(guī)定對于中小型調(diào)速器若水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速相對值不大于±0.3%,則自動空載擺動值不得大于±0.25%。否則只需小于手動空載擺動值就算達標。

      空載擾動試驗。機組需在各種工況下運行,欲使水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)獲得良好的性能,必須合理選擇系統(tǒng)中的有關參數(shù)??蛰d擾動試驗方法如下:通過突變頻率給定值來進行頻率擾動試驗。擾動量一般為±(8-10%)fn,擾動試驗需記錄頻率擾動的超調(diào)量和過渡過程時間、調(diào)節(jié)次數(shù)等有關數(shù)據(jù)。通過若干組有關數(shù)據(jù)的比較,就可確定系統(tǒng)的最佳參數(shù)。國標對該試驗無考核要求。

      甩負荷試驗。通過甩負荷試驗可進一步考驗機組在已選定的調(diào)速器空載參數(shù)下調(diào)節(jié)過程的速動性和穩(wěn)定性,更主要是檢驗調(diào)保計算參數(shù),保證機組安全。甩負荷試驗一般分4次:甩25%、50%、75%、100%額定負荷,由小到大順序進行。甩25%額定負荷,主要是檢查接力器的不動時間是否符合要求,同時也檢查轉(zhuǎn)速上升率和蝸殼水壓上升率以及調(diào)節(jié)時間,分析下次所甩負荷增長后可能的變化趨勢,從而進一步驗證所選定的調(diào)節(jié)參數(shù)是否為最佳。甩50%和75%額定負荷的目的主要是分析其變化趨勢。最后甩100%額定負荷時,機組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼水壓上升率、尾水管真空度、關機時間和過渡過程調(diào)節(jié)時間等均應滿足調(diào)節(jié)保證計算值和國標要求。國標(GB/T9652.1-997)規(guī)定甩25%額定負荷時,接力器不動時間Tq≤0.2s,甩100%額定負荷時,超過3%額定轉(zhuǎn)速的波峰次數(shù)不超過2次,穩(wěn)定時間不大于40s。

      3.2 調(diào)速器的維護

      調(diào)速器日常維護的主要內(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行;調(diào)速器及油壓裝置用油適時處理、更換;及時清洗濾油器;注意各運行零件的潤滑;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源電壓;防止灰塵、飛蟲等進入。

      近些年來,有不少小型水電站的水輪機調(diào)速器進行了更新改造,老型號的機械或電氣液壓調(diào)速器,逐步被微機或可編程控制調(diào)速器所取代?,F(xiàn)不少水庫電站的水輪發(fā)電機組原使用CT型或YT型調(diào)速器,前幾年陸續(xù)更新改造為DJT-K系列電動集成式全可編程調(diào)速器(武漢長控所生產(chǎn))。經(jīng)過安裝、調(diào)試、運行和維護、檢修,證明可編程調(diào)速器結(jié)構(gòu)簡單、性能先進、操作方便,運行故障率小,維護、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)濟效益。

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