關(guān)于水輪機調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與故障維修

劉西明

摘 要：隨著時代的發(fā)展和社會的進(jìn)步，水電行業(yè)也獲得了飛速的發(fā)展。作為水電行業(yè)的關(guān)鍵控制設(shè)備，水輪機調(diào)速系統(tǒng)控制著機組的整個發(fā)電過程，并且與水電站的安全運行以及經(jīng)濟效益的提高息息相關(guān)。文章對水輪機調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和應(yīng)用進(jìn)行了介紹，并對水輪機調(diào)速系統(tǒng)故障維修的方法進(jìn)行了深入的分析和探討。

關(guān)鍵詞：水電行業(yè)；基礎(chǔ)能源設(shè)施；水輪機調(diào)速系統(tǒng)

隨著高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓技術(shù)、機械微機控制技術(shù)也逐步應(yīng)用到水輪機制造行業(yè)。品種各異、性能多樣的調(diào)速器相繼被設(shè)計和制造出來。水輪機調(diào)速系統(tǒng)在設(shè)計上得以優(yōu)化，性能也獲得大幅度的提高，使用上也越來越靈活和便捷。水輪機調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用在創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟效益的同時，還有效提高了機組的安全性能和使用效率。在生產(chǎn)實際中，水輪機調(diào)速系統(tǒng)也不可避免地出現(xiàn)故障，為確保水輪機安全穩(wěn)定運行，必須及時發(fā)現(xiàn)故障并做好維修工作。

1 水輪機調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

水輪機調(diào)速器是電廠中必不可少的設(shè)備，起到調(diào)節(jié)的作用，同時也是水電系統(tǒng)中最重要的結(jié)構(gòu)?？刂撇考蛨?zhí)行部件是調(diào)節(jié)器的兩大組成部分。根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，水輪機調(diào)速器可以對電廠的有功功率輸出進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。為確保電能頻率保持穩(wěn)定，還需在規(guī)定的范圍內(nèi)對機組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。通常來說，水輪機調(diào)速系統(tǒng)即調(diào)速器和調(diào)速器控制的對象，其可靠運行與電能的質(zhì)量和電網(wǎng)的安全息息相關(guān)，并且該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，屬于非最小相位、非線性的系統(tǒng)。因此，非常有必要對該系統(tǒng)進(jìn)行研究，以優(yōu)化和改進(jìn)系統(tǒng)性能。

2 水輪機調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 水輪機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用

隨著時代的發(fā)展，社會的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也在不斷的發(fā)展中創(chuàng)新，并廣泛的應(yīng)用到生產(chǎn)和制造行業(yè)。作為水輪發(fā)電機組中重要的調(diào)控系統(tǒng)，水輪機調(diào)速系統(tǒng)的運行質(zhì)量直接影響到機組的性能，進(jìn)而對經(jīng)濟效益造成極大的影響。隨著水輪機調(diào)速系統(tǒng)在水電行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，水輪機調(diào)速系統(tǒng)也經(jīng)歷了一個從簡單到復(fù)雜，從低效到高效的發(fā)展歷程。而高新技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，也必將帶動水輪機調(diào)速系統(tǒng)向著高科技、智能化的方向發(fā)展?？v觀我國水輪機調(diào)速器的發(fā)展歷程，基本可以分為純機械液壓調(diào)速器、集成電路電液調(diào)速器、可編程電液調(diào)速器和工控機這幾個階段。調(diào)速器的不斷升級和改進(jìn)，為電廠提供了更多的選擇機會。

2.2 水輪機調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于閉環(huán)系統(tǒng)，由水輪機控制設(shè)備和被控制系統(tǒng)組成。需要測量的參數(shù)有機輪轉(zhuǎn)速、功率等，由測量元件對其進(jìn)行測量并得出結(jié)果后，與給定信號和反饋信號進(jìn)行綜合。經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)操縱水輪機導(dǎo)水機構(gòu)和漿葉機構(gòu)，同時經(jīng)反饋元件送回反饋信號至信號綜合點。

水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)由壓力產(chǎn)生裝置和壓力動作裝置構(gòu)成，即通過機械液壓裝置來實現(xiàn)其調(diào)節(jié)的功能。首先，將高壓氣體充入壓力罐，接下來將壓力油抽入壓力罐體，所使用的設(shè)備通常為齒輪泵或者螺桿泵。對于常規(guī)油壓調(diào)速器來說，通常需要充入空氣，而對于高油壓調(diào)速器來說，則一般使用氮氣。氣體在壓力的作用下被壓縮，產(chǎn)生所需的壓強，并對油面產(chǎn)生作用，進(jìn)而形成壓力油，實現(xiàn)蓄積能量的目的。

在電氣控制信號的驅(qū)動下，電液轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為機械位移，并通過壓力油的做功使液壓放大從而產(chǎn)生較大的力，接力器在力的作用下開度變大，使得導(dǎo)葉開度和漿葉角度發(fā)生改變，對導(dǎo)水機構(gòu)的流量起到調(diào)節(jié)的作用，從而實現(xiàn)對于水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各被控制機構(gòu)的控制。

3 水輪機調(diào)速系統(tǒng)的故障維修

3.1 運行階段的故障特征

3.1.1 新調(diào)試器在調(diào)試階段的故障。新研制的調(diào)試器較為常見的類型為比例閥型和液壓鎖型。在調(diào)試階段，其出現(xiàn)的故障主要表現(xiàn)為插頭組件的接觸不良、線圈老化、比例放大器故障、液壓值不合格等。故障相對復(fù)雜，有時并非單一的故障，而常常是多種故障同時存在，互相交錯。這兩種新型的調(diào)試器是通過對普通壓力閥加以改造得來的，因此也會發(fā)生普通壓力閥可能發(fā)生的故障。

3.1.2 定型調(diào)速器在調(diào)試階段的故障。在調(diào)試階段，定型調(diào)速器出現(xiàn)的故障主要表現(xiàn)為臟物進(jìn)入管道和元件、外部發(fā)生泄漏、動作不夠靈活等。故障很容易被發(fā)現(xiàn)和排除，并且出現(xiàn)的可能性并不高。通過加強定型調(diào)速器階段的管理，嚴(yán)格控制安裝過程，將使得故障率顯著下降。

3.1.3 運行前期的故障。調(diào)試成功后就可以開始生產(chǎn)，即所謂的運行前期。在運行前期，其故障主要變現(xiàn)為管道受到工作油液的反復(fù)沖刷、漏油現(xiàn)象也會發(fā)生在部分密封件上。同時，元件的工作狀態(tài)不是很穩(wěn)定，油液清潔度也明顯降低。而隨著運行時間的延長，進(jìn)入到中期時，調(diào)速系統(tǒng)的故障率顯著降低，系統(tǒng)元件在最佳的工作狀態(tài)下運行。

3.1.4 運行后期的故障。在調(diào)速器運行的后期，經(jīng)過長期的工作和各種負(fù)荷的作用，組件和元件都會出現(xiàn)不同程度的問題。這一階段，其故障主要表現(xiàn)為故障率明顯增加，內(nèi)外部泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重、效率下降、油泵啟動過于頻繁。因此，必須對已經(jīng)失效的元件進(jìn)行更換，定期對系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，對于損壞的元件加以科學(xué)合理的修復(fù)，還要考慮到經(jīng)濟性的因素。

3.2 調(diào)速系統(tǒng)的故障維修

3.2.1 管理好油液的性能和清潔度。水輪機調(diào)速器的順利運行，油液是必不可少的，加強油液的管理，確保其清潔度和性能至關(guān)重要。46號汽輪機油是當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的油液，而溫度則是決定油液粘度的關(guān)鍵因素。油液粘度過高，將增大管路的損失。而油液粘度過低則會增大磨損和泄漏。必須及時對油箱內(nèi)層的脫落物和管道的粘砂、銹蝕進(jìn)行及時的清除，確保油液的性能和清潔度。

3.2.2 處理泄漏問題。調(diào)速器的高速動性使得一定范圍內(nèi)的液壓沖擊是很難避免的，這也是導(dǎo)致泄漏的重要原因，因此必須及時合理地處理泄漏問題。

3.2.3 延長調(diào)速器的壽命。調(diào)速器的使用壽命與可靠性跟周圍的環(huán)境、使用情況等有著非常緊密的關(guān)系，必須在維護(hù)管理上多下功夫，改善使用條件和工作環(huán)境，延長調(diào)速器的使用壽命。

3.2.4 及時處理初期故障。水輪機調(diào)速系統(tǒng)在初期出現(xiàn)故障的概率比較高，這些故障大多是由設(shè)計和安裝制作上的誤差引起的，這些故障的發(fā)現(xiàn)和解決都需要很多時間，因此要特別關(guān)注初期故障。

3.2.5 處理好偶發(fā)故障。調(diào)速器在運行時發(fā)生偶發(fā)事故是很正常的，為了防止這類事故的發(fā)生，就要認(rèn)真進(jìn)行定期檢查、掌握各個階段的維護(hù)資料。

3.2.6 加強維護(hù)人員的維修知識。目前，隨著水電行業(yè)的快速發(fā)展，維護(hù)人員的技術(shù)水平和維修知識有了很大的提高，然而仍不能滿足水電行業(yè)高速發(fā)展的需求。而維護(hù)人員的知識技能水平是影響到故障維修管理水平的關(guān)鍵因素，所以維修人員的業(yè)務(wù)技能有待進(jìn)一步提高。為改變故障維修工作相對落后的局面，確保調(diào)速系統(tǒng)的正常運行，必須加強對維修人員的培訓(xùn)，使其綜合素質(zhì)獲得提高。

4 結(jié)束語

水電行業(yè)是關(guān)系到經(jīng)濟發(fā)展和國計民生的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，而水輪機調(diào)速系統(tǒng)則在其中發(fā)揮了重要的作用。因此，非常有必要對水輪機調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用與故障維修進(jìn)行研究和改進(jìn)，以推動和促進(jìn)水電行業(yè)的健康穩(wěn)步發(fā)展。

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