水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)的研究

鄒龍軍

（重慶三峽水利發(fā)電有限公司重慶市萬(wàn)州區(qū)404000）

水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)的研究

鄒龍軍

（重慶三峽水利發(fā)電有限公司重慶市萬(wàn)州區(qū)404000）

水電站調(diào)速器對(duì)于發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程有著決定性影響，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性決定著整個(gè)電站的發(fā)電質(zhì)量。因此，水電站工作人員應(yīng)該重視水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試和維護(hù)工作，以保證水電站能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文結(jié)合實(shí)例對(duì)水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)進(jìn)行了研究。

水電站；水輪機(jī)調(diào)速器；調(diào)試；維修

1 引言

電力是我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)和日常生活應(yīng)用的重要能源之一，隨著我國(guó)不可再生資源的日益減少，水力發(fā)電的優(yōu)越性日益顯示。水輪機(jī)調(diào)速器作為水電廠的重要設(shè)備，對(duì)水電站的正常運(yùn)行起到關(guān)鍵作用，與水電站能否正常發(fā)電的工作密不可分，一旦調(diào)速器出現(xiàn)故障，將直接關(guān)系到水輪機(jī)組乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此水電站工作人員重視水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試和維護(hù)工作，及時(shí)調(diào)試、檢修、維護(hù)水輪機(jī)調(diào)速器，才能最大程度的避免水輪機(jī)調(diào)速器出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而保證水電站正常工作。

2 水電站調(diào)速器概述

某航電樞紐工程是一個(gè)以航運(yùn)和發(fā)電為主，兼顧灌溉、供水、旅游及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益的航電樞紐工程。電站安裝有燈泡貫流式水輪機(jī)組6臺(tái)，總裝機(jī)容量90MW。

2.1 調(diào)速器主要結(jié)構(gòu)

該電站水輪機(jī)調(diào)速器采用PZWST150-6.3型調(diào)速器，電液轉(zhuǎn)換器采用比例伺服閥，手操機(jī)構(gòu)采用帶自復(fù)中性能的直線位移轉(zhuǎn)換器，調(diào)速器工作油壓為6.3MPa，主配壓閥直徑為150mm，導(dǎo)葉、槳葉反饋采用電氣反饋，無(wú)機(jī)械反饋和機(jī)械開度限制，協(xié)聯(lián)型式為電氣協(xié)聯(lián)；電氣部分采用法國(guó)施耐德生產(chǎn)的M340型PLC，測(cè)頻為殘壓測(cè)頻和齒盤測(cè)頻冗余型式。調(diào)速器機(jī)械部分主要由比例伺服閥、手操機(jī)構(gòu)、緊急停機(jī)電磁閥、手自動(dòng)切換閥、雙精濾油器、液壓反饋閥（也叫引導(dǎo)閥）和主配壓閥及事故配壓閥、分段關(guān)閉閥等部分組成。調(diào)速器電氣部分主要由電源部分（包括電源斷路器、開關(guān)電源和PLC電源模塊、電源變壓器，二極管模塊等），頻率測(cè)量部分（包括隔離變壓器、殘壓齒盤整形模塊、接近開關(guān)、高速計(jì)數(shù)模塊等），輸入輸出部分（包括繼電器、模擬量輸入輸出模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊），傳感器部分（包括水頭測(cè)量差壓變送器、導(dǎo)葉開度測(cè)量傳感器、槳葉開度測(cè)量傳感器、主配位置測(cè)量傳感器、有功變送器等）、CPU模塊、工控機(jī)和其它部分組成。

2.2 調(diào)速器的工作原理

調(diào)速器電氣部分控制原理及傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)詳見圖1。該系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

式中：TYB-伺服比例閥時(shí)間常數(shù)，TYZ-主配接力器時(shí)間常數(shù)，TY-接力器時(shí)間常數(shù)。

如果忽略數(shù)值很小的伺服比例閥時(shí)間常數(shù)YYB，則得到傳遞函數(shù)為：

3 水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試

水輪機(jī)調(diào)速器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不僅要求相關(guān)工作人員有較高的專業(yè)知識(shí)水平，而且要求工作人員在工作過(guò)程中必須保證嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的態(tài)度，在調(diào)試過(guò)程中使用正確的調(diào)試技術(shù)。技術(shù)人員需要對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理熟練掌握，只有在熟練掌握其工作原理的前提下才能進(jìn)行正確的調(diào)試工作。在進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程往往需要做幾個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，在遇到復(fù)雜的情況下就需要工作人員將自己的專業(yè)技術(shù)和工作經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，采取恰當(dāng)處理方式，一定要做到具體問(wèn)題具體分析，不能把所有問(wèn)題都等同處理。

圖1 調(diào)速器電氣自動(dòng)控制原理框圖

3.1 進(jìn)行調(diào)試時(shí)首先要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

通常調(diào)試時(shí)所作的實(shí)驗(yàn)可以分為靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)兩種，這兩種實(shí)驗(yàn)針對(duì)不同的檢測(cè)與分析對(duì)象。靜態(tài)試驗(yàn)主要是監(jiān)測(cè)調(diào)速器的轉(zhuǎn)速是否正常，一般是在機(jī)器還沒(méi)有充水時(shí)進(jìn)行的；動(dòng)態(tài)試驗(yàn)主要是對(duì)調(diào)速器的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，保證測(cè)速器的各個(gè)性能指標(biāo)都能夠大大水輪機(jī)正常工作的要求，一般是在水輪機(jī)充水后進(jìn)行的。

3.2 進(jìn)行調(diào)試時(shí)再次要進(jìn)行檢測(cè)

檢測(cè)是調(diào)試工作的另一項(xiàng)任務(wù)，主要是檢查調(diào)速器的各項(xiàng)功能以及調(diào)速器配件的性能是否正常，通常情況下這種檢查可以分為手動(dòng)檢查和自動(dòng)檢查兩種。

4 水輪機(jī)調(diào)速器的維護(hù)工作

水輪機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行性能的好壞，除與本身的設(shè)計(jì)和制造工藝有關(guān)外，還與其日常維護(hù)情況有著密切的關(guān)聯(lián)，良好的維護(hù)可以保證調(diào)速器的運(yùn)行長(zhǎng)期保持在比較好的狀態(tài)，促使其使用壽命延長(zhǎng)。水輪機(jī)的日常維護(hù)工作主要有以下幾方面：

4.1 調(diào)速器良好工作條件的保持

（1）確保水輪機(jī)組的運(yùn)行狀況正常。在水輪機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)下，大型調(diào)速器的轉(zhuǎn)速偏差值應(yīng)保持在±0.2%以內(nèi)；中型調(diào)速器應(yīng)保持在±0.3%以內(nèi)；小型調(diào)速器應(yīng)保持在±0.4%以內(nèi)。

（2）調(diào)速器在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的環(huán)境溫度應(yīng)保持在-5～40℃之間，相對(duì)濕度在90%以內(nèi)，不應(yīng)有酸堿鹽等腐蝕性氣體，并且應(yīng)預(yù)防粉塵、雨雪的損害。

（3）調(diào)速系統(tǒng)所用潤(rùn)滑油的油質(zhì)應(yīng)選用與國(guó)標(biāo)GB11120中46號(hào)機(jī)油相同或相近的機(jī)油，運(yùn)行油溫保持在10～50℃之間。

（4）調(diào)速器在運(yùn)行過(guò)程中，其潤(rùn)滑油油壓的變動(dòng)值應(yīng)保持在工作油壓的±5%以內(nèi)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中的油壓變動(dòng)值應(yīng)保持在工作油壓的±10%以內(nèi)。

4.2 調(diào)速器的常規(guī)檢查

調(diào)速器的常規(guī)檢查內(nèi)容主要有：確保調(diào)速器工作環(huán)境整潔，防止液壓管道中有灰塵進(jìn)入，影響液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行；防止液壓油受潮氣影響，液壓油水分過(guò)高一方面會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，同時(shí)一旦液壓油在管道中快速運(yùn)動(dòng)有大量氣泡產(chǎn)生，則會(huì)造成油路不暢，甚至造成液壓油外溢；檢查導(dǎo)閥活塞是否有卡阻現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)盡快進(jìn)行處理觀察機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中不僅電機(jī)動(dòng)作是否頻繁、溫度變化是否在規(guī)定范圍以內(nèi)；檢查各部件安裝是否牢靠、計(jì)量表和監(jiān)控畫面指示是否正常；檢查監(jiān)控界面的各項(xiàng)數(shù)值是否與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相符；注意監(jiān)控系統(tǒng)是否有故障報(bào)警信息發(fā)出。

4.3 調(diào)速器的常規(guī)維護(hù)

調(diào)速器維護(hù)注意是調(diào)速油路和電氣系統(tǒng)的檢查。其主要內(nèi)容有：調(diào)速器潤(rùn)滑油應(yīng)定期進(jìn)行處理或更換，正常情況下每年進(jìn)行一次，新裝或大修設(shè)備應(yīng)在兩個(gè)月內(nèi)至少進(jìn)行一次。濾油器每周要進(jìn)行一次清潔，當(dāng)前后壓差過(guò)大時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行更換或清理。工作油泵和備用油泵每周進(jìn)行一次輪換。定期檢查電氣部分的設(shè)備運(yùn)行情況，對(duì)電氣設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷其運(yùn)行狀態(tài)是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并提前進(jìn)行處理。對(duì)事故停機(jī)電磁閥的動(dòng)作情況每月進(jìn)行一次檢查，以保證動(dòng)作發(fā)生時(shí)，保護(hù)器的有效性。

4.4 調(diào)速器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

水輪機(jī)調(diào)速器狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速器狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，主要包括各種檢測(cè)、測(cè)量、監(jiān)視、分析、判別方法，結(jié)合系統(tǒng)歷史與現(xiàn)狀，綜合考慮環(huán)境因素，評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判斷其是否處于正常狀態(tài)，并對(duì)狀態(tài)加以顯示、記錄，對(duì)異常狀態(tài)做出報(bào)警，以便運(yùn)行人員及時(shí)處理，為設(shè)備故障分析、性能評(píng)估、合理使用與安全工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。典型水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括四大組成部分：①傳感及變送器；②調(diào)速器控制柜；③工控機(jī)及人機(jī)界面；④后臺(tái)綜合診斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。整套系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，各種傳感器安裝于被監(jiān)測(cè)設(shè)備上，調(diào)速器控制柜負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行一般數(shù)據(jù)處理、換算與報(bào)警，通過(guò)通信和工控機(jī)相接。工控機(jī)負(fù)責(zé)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，以IEC61850為標(biāo)準(zhǔn)、以統(tǒng)一信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、特征計(jì)算、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障錄波、性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，為后臺(tái)機(jī)組綜合在線診斷和狀態(tài)檢修輔助決策系統(tǒng)提供可靠數(shù)據(jù)源。調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成和原理如圖2所示。

圖2 調(diào)速器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力對(duì)一個(gè)國(guó)家的發(fā)展的影響越來(lái)越大。水輪機(jī)是水電站的重要設(shè)備之一也是主要發(fā)電設(shè)備，水電站水輪機(jī)調(diào)速機(jī)不僅能夠控制水流速度而且能夠合理調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。水輪機(jī)調(diào)速器出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)不能正常穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致水電站發(fā)生安全問(wèn)題。因此水電站相關(guān)工作人員一定要重視水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試與維護(hù)工作，并要注意提高自己的專業(yè)技術(shù)，這樣才能保證水電站的效用和功能最大化。

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1004-7344（2016）28-0148-02

2016-9-17