水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)措施探討

◎余偉紅 廣州新珠工程監(jiān)理有限公司

調(diào)速器是水輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能，調(diào)速器運(yùn)行工況對水輪機(jī)組整體工況造成深遠(yuǎn)影響。然而，早期水電站項(xiàng)目受諸多因素影響，調(diào)速器調(diào)試檢查與維護(hù)保養(yǎng)工作的開展成效并不理想，機(jī)頻、網(wǎng)頻等故障問題時(shí)有出現(xiàn)，存在質(zhì)量安全隱患。如何改善調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)工作質(zhì)量，是現(xiàn)階段工作重點(diǎn)。

1.水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)工作的開展意義

1.1 檢查功能發(fā)揮穩(wěn)定情況

調(diào)速器在水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中占據(jù)著十分重要的地位，具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、并網(wǎng)、調(diào)節(jié)水流量等多項(xiàng)使用功能，如果任意一項(xiàng)功能無法正常使用，或是功能發(fā)揮情況與預(yù)期不符，都將改變水輪機(jī)組的整體工況，由此引發(fā)一系列問題出現(xiàn)，難以順利完成預(yù)定生產(chǎn)任務(wù)。而對調(diào)試檢查工作的開展，將通過觀察調(diào)速器運(yùn)行狀態(tài)的方式，逐項(xiàng)檢查各項(xiàng)功能的發(fā)揮穩(wěn)定程度，判斷調(diào)速器是否滿足使用要求，在調(diào)試通過后再將調(diào)速器投入使用，避免因此影響到機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 預(yù)防運(yùn)行故障出現(xiàn)

水電站項(xiàng)目有著現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜的特征，在調(diào)速器長時(shí)間運(yùn)行期間，受到自身結(jié)構(gòu)老化、錯(cuò)誤操作、環(huán)境侵蝕、電磁干擾等多方面因素影響，偶爾出現(xiàn)導(dǎo)葉反饋錯(cuò)誤、濾芯堵塞、組件裝置靈敏度嚴(yán)重下滑等故障，存在質(zhì)量安全隱患，造成調(diào)速器使用壽命縮短、維護(hù)成本增加等一系列后果。對此，通過開展日常維護(hù)和預(yù)防性大修等工作，可以明顯降低故障率，在出現(xiàn)故障前期征兆時(shí)便發(fā)現(xiàn)問題、采取相應(yīng)處理措施，將絕大多數(shù)故障消弭于無形，避免在故障期間造成實(shí)質(zhì)性的影響與損失。

1.3 維持穩(wěn)定工況

在水輪機(jī)調(diào)速器長時(shí)間運(yùn)行期間，運(yùn)行工況將受到人為操作、自身振動(dòng)力、環(huán)境侵蝕等諸多因素影響，隨著時(shí)間推移，調(diào)速器工況穩(wěn)定性持續(xù)下降，故障率有所提升。例如，受到調(diào)速器自身振動(dòng)力影響，零部件的緊固程度有所下降，最終出現(xiàn)零部件松動(dòng)、脫落的故障問題，致使調(diào)速器無法正常使用。而對調(diào)試維護(hù)工作的開展，可以始終維持調(diào)速器良好運(yùn)行工況，最大程度減小操作、振動(dòng)等因素對調(diào)速器造成的實(shí)質(zhì)影響。例如，在調(diào)速器運(yùn)行過程中，維護(hù)人員定期開展預(yù)防性檢修工作，將停機(jī)狀態(tài)下的調(diào)速器拆解為若干部件，逐個(gè)觀察各部件使用情況，清理表面附著物，更換磨損嚴(yán)重部件，緊固松動(dòng)部件，避免后續(xù)因部件脫落、部件摩擦面卡澀而影響正常使用。

2.水電站水輪機(jī)調(diào)速器的有效調(diào)試措施

2.1 明確調(diào)試內(nèi)容

在制定水輪機(jī)調(diào)速器運(yùn)行調(diào)試方案前，工作人員必須明確掌握調(diào)速器的調(diào)試內(nèi)容，參照作業(yè)指導(dǎo)書與相關(guān)準(zhǔn)則制定方案，在方案中明確標(biāo)注流程步驟、方法手段、注意事項(xiàng)、操作要點(diǎn)等內(nèi)容，以此來約束后續(xù)作業(yè)的開展，避免因調(diào)試內(nèi)容不全而無法取得預(yù)期效果。在一般情況下，調(diào)速器調(diào)試內(nèi)容由充水前調(diào)試、充水后調(diào)試兩部分組成，具體如下。

（1）充水前調(diào)試。工作人員在水輪機(jī)充水前，通電下啟動(dòng)調(diào)速器進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，逐項(xiàng)檢查裝置緊急停機(jī)和復(fù)歸動(dòng)作執(zhí)行是否到位、手自動(dòng)模式切換時(shí)的角度與導(dǎo)葉開度達(dá)標(biāo)與否、裝置執(zhí)行開機(jī)并網(wǎng)與甩負(fù)荷等相對復(fù)雜動(dòng)作時(shí)的狀態(tài)穩(wěn)定與否、模式切換精度達(dá)標(biāo)與否、手動(dòng)切換模式時(shí)的靈活度、停電停機(jī)時(shí)接力器變化幅度、測量啟動(dòng)開度、調(diào)速器異常運(yùn)行時(shí)是否自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并采取相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，以及開展靜特性試驗(yàn)來觀察裝置在轉(zhuǎn)速期間的非線性度與死區(qū)形成情況。

（2）充水后調(diào)試。在水輪機(jī)組充水后，工作人員對調(diào)速器開展二次調(diào)試作業(yè)，逐項(xiàng)檢查手動(dòng)開啟與停機(jī)調(diào)速器時(shí)的指示燈閃爍情況、測量裝置啟停時(shí)的時(shí)間與平穩(wěn)度等參數(shù)、空載運(yùn)行與帶負(fù)荷運(yùn)行期間的調(diào)節(jié)狀態(tài)及品質(zhì)、在緊急停機(jī)時(shí)的調(diào)節(jié)狀態(tài)是否滿足使用要求。隨后，在調(diào)試檢查無誤后，工作人員按照運(yùn)行要求，將調(diào)速器的各項(xiàng)參數(shù)調(diào)節(jié)至指定值，完成調(diào)試工作，將調(diào)速器投入運(yùn)行。

2.2 采取多元化調(diào)試方法

2.2.1 靜特性試驗(yàn)

工作人員提前將機(jī)頻調(diào)控至50.00Hz，以0.30Hz作為間隔頻次，重復(fù)控制調(diào)速器執(zhí)行多次光滑動(dòng)作，接力器在試驗(yàn)期間處于單調(diào)下降或是單調(diào)上升狀態(tài)，同步測定記錄導(dǎo)葉行程值以及機(jī)頻值的變化情況，繪制二者變化曲線，再將測定結(jié)果導(dǎo)入死區(qū)計(jì)算公式當(dāng)中，即可準(zhǔn)確計(jì)算調(diào)速器的非線性度與轉(zhuǎn)速死區(qū)，對照計(jì)算結(jié)果是否達(dá)到相關(guān)規(guī)定。目前來看，在國際通用標(biāo)準(zhǔn)中，要求中型調(diào)速器非線性度不得超過5%，大型調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)不得超過0.5%。

2.2.2 緊急停機(jī)試驗(yàn)

在緊急停機(jī)試驗(yàn)期間，工作人員向調(diào)速器下達(dá)停機(jī)指令，觀察導(dǎo)葉是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)迅速關(guān)閉，確定無誤后下達(dá)急停復(fù)歸指令來復(fù)歸電磁閥，在導(dǎo)葉全開與全關(guān)時(shí)重復(fù)測定轉(zhuǎn)速，要求轉(zhuǎn)速保持在3%-6%區(qū)間內(nèi)。隨后，模擬調(diào)速器運(yùn)行故障，觀察LCU現(xiàn)地控制單元在突發(fā)狀況下是否自動(dòng)閉合繼電器獨(dú)立節(jié)點(diǎn)、驅(qū)動(dòng)電磁閥來緊急停機(jī)，以及在假定LCU單元失效情況下手動(dòng)控制操作桿來壓入閥芯進(jìn)行停機(jī)。

2.2.3 電源消失試驗(yàn)

電源消失試驗(yàn)的目的在于，檢查接力器受電源消失因素影響時(shí)的變化幅度合理與否。工作人員提前把調(diào)速器切換為負(fù)載狀態(tài)，按順序依次切除直流電源以及交流電源，同步記錄接力器幅度變化情況，一段時(shí)間后再依次合交直流電源與交流電源。隨后，對比測定值與標(biāo)準(zhǔn)值，如果不符合相關(guān)規(guī)定，工作人員需要調(diào)整調(diào)速器負(fù)載參數(shù)，直至接力器變化幅度達(dá)標(biāo)。

2.2.4 導(dǎo)葉開度調(diào)整試驗(yàn)

在導(dǎo)葉開度調(diào)整試驗(yàn)中，工作人員提前把調(diào)速器切換至手動(dòng)位指令處，將鎖錠裝置保持為提起狀態(tài)，測定導(dǎo)葉實(shí)際開度值，對比測定值與儀表顯示數(shù)值是否一致，在二者存在出入時(shí)，則把傳感器指數(shù)調(diào)節(jié)為零位，斷開傳感器、接力器二者連接，重復(fù)上述操作，直至導(dǎo)葉開度值和儀表顯示值完全一致。這一調(diào)試試驗(yàn)的目的在于，判斷導(dǎo)葉開關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)情況靈活與否，保持開度指示、接力器行程二者的匹配狀態(tài)，避免在后續(xù)導(dǎo)葉關(guān)閉期間出現(xiàn)鎖錠裝置無法正常插入、拔出的問題。

2.3 操作調(diào)試

2.3.1 自動(dòng)遠(yuǎn)程控制

為檢查調(diào)速器遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)控制時(shí)的實(shí)際情況，工作人員將調(diào)速器開關(guān)切換至自動(dòng)模式，在自動(dòng)遠(yuǎn)程控制模式下開展開機(jī)并網(wǎng)、解列停機(jī)、增減負(fù)荷、手自動(dòng)切換操作。例如，在開機(jī)并網(wǎng)步驟，由中控室遠(yuǎn)程下達(dá)開啟指令，執(zhí)行拔出鎖錠、開啟導(dǎo)葉、機(jī)頻跟蹤網(wǎng)頻等操作，同步觀察出口處電壓互感器是否正常投入、水頭表位置、滿足并網(wǎng)條件后是否有效閉合油開關(guān)。

2.3.2 手動(dòng)近控操作

工作人員將調(diào)速器調(diào)整至手動(dòng)模式，依次開展增減開度、拔出投入鎖錠、手動(dòng)開機(jī)、手動(dòng)停機(jī)、手動(dòng)退出等操作，判斷調(diào)速器手動(dòng)控制時(shí)的工況穩(wěn)定與否、所下達(dá)操作指令是否得到有效執(zhí)行。例如，在手動(dòng)調(diào)整開度時(shí)，工作人員把開關(guān)旋轉(zhuǎn)到增減側(cè)，下達(dá)增大開度與減小開度的操作指令，如果開關(guān)沒有正常操作，則控制操作桿來壓入閥芯完成導(dǎo)葉開關(guān)動(dòng)作。

3.水電站水輪機(jī)調(diào)速器的維護(hù)措施

3.1 日常保養(yǎng)

日常保養(yǎng)目的在于維持調(diào)速器穩(wěn)定工況，大體判斷調(diào)速器運(yùn)行狀況與檢查是否存在超載、異常振動(dòng)等故障問題，工作內(nèi)容主要由參數(shù)記錄、清理、潤滑三部分組成，具體如下。

（1）在參數(shù)記錄環(huán)節(jié)，工作人員通過儀表與指示燈閃爍情況，判斷導(dǎo)葉開度、接力器變化幅度、油溫、油壓等運(yùn)行參數(shù)合理與否，如果參數(shù)異常變化，或是儀表顯示數(shù)值與測定數(shù)值不一致，表明調(diào)速器處于異常狀況，及時(shí)將問題上報(bào)反饋，組織開展應(yīng)急檢修工作。同時(shí)，將參數(shù)測定數(shù)值記錄備份，確定記錄內(nèi)容無誤后，工作人員在記錄表上簽字確認(rèn)，將記錄表作為調(diào)速器調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)與檢修方案的主要依據(jù)。

（2）在清理環(huán)節(jié)，清理調(diào)速器殼體表面與內(nèi)部的附著物與垢污，保持調(diào)速器潔凈狀態(tài)。根據(jù)調(diào)速器實(shí)際運(yùn)行情況來看，會(huì)在內(nèi)部附著大量未得到有效處理的油污，進(jìn)而對水輪機(jī)組工況造成影響，工組人員需要著重清除濾油嘴等部位的油污，確定清理后的油箱內(nèi)部無異物后，安裝濾網(wǎng)并蓋上蓋板，完成油污清理作業(yè)。

（3）在潤滑環(huán)節(jié)，定期在調(diào)速器內(nèi)部注入全新潤滑油，始終將裝置內(nèi)部的油位控制在合理范圍內(nèi)，起到抑制零部件磨損程度、延長設(shè)備使用壽命、控制工作溫度等多重作用。同時(shí)，要求工作人員提前檢查油溫油位，根據(jù)檢查結(jié)果來制定潤滑方案。例如，在調(diào)速器內(nèi)潤滑油的油溫過高或顏色過于渾濁時(shí)，表明潤滑油的實(shí)際效用不理想，存在稠度偏低等問題，需要排凈調(diào)速器內(nèi)部潤滑油，注入全新潤滑油。而在調(diào)速器內(nèi)潤滑油的油溫、渾濁度正常時(shí)，注入潤滑油至標(biāo)準(zhǔn)油位即可。

3.2 預(yù)防性檢修

考慮到現(xiàn)場環(huán)境較為復(fù)雜，在調(diào)速器長時(shí)間運(yùn)行期間，受到自身結(jié)構(gòu)老化、外部環(huán)境侵蝕干擾等諸多因素影響，偶爾出現(xiàn)拒動(dòng)、導(dǎo)葉反饋錯(cuò)誤等運(yùn)行故障，進(jìn)而造成實(shí)質(zhì)性的損失，如干擾水輪機(jī)組正常運(yùn)行、產(chǎn)生一定維修成本、縮短調(diào)速器使用壽命等。對此，為預(yù)防和減少運(yùn)行故障的出現(xiàn)，將故障隱患消弭于無形，必須定期開展調(diào)速器預(yù)防性檢修工作，這也被稱為大修。工作人員將調(diào)速器斷電停機(jī)，將調(diào)速器拆解為電氣插件、噴油嘴、截止閥、濾油器等若干部件，清理部件表面的油污與金屬粉末等附著物，更換老化磨損嚴(yán)重與變形開裂的零部件，緊固松動(dòng)部件。隨后，待全部零部件檢查維護(hù)完畢后，將部件按順序安裝為整機(jī)，逐項(xiàng)開展緊急停機(jī)、導(dǎo)葉開度調(diào)整、靜特性等試驗(yàn)，唯有在全部試驗(yàn)均通過后，方可將調(diào)速器投入使用，完成預(yù)防性檢修工作。

3.3 故障應(yīng)急檢修

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況來看，在調(diào)速器運(yùn)行期間，盡管采取多項(xiàng)調(diào)試、維護(hù)保養(yǎng)措施，但導(dǎo)葉反饋錯(cuò)誤等故障問題仍舊無法避免，在出現(xiàn)故障時(shí)對水輪機(jī)組整體工況造成明顯影響，隨著時(shí)間推移，調(diào)速器受損程度持續(xù)加劇。對此，為快速解決故障問題，恢復(fù)調(diào)速器正常工況，必須做好故障應(yīng)急檢修工作，提前掌握各類故障的形成原因并編制應(yīng)急檢修方案，從而減少故障出現(xiàn)后的診斷、決策時(shí)間，最大程度縮短調(diào)速器檢修周期。例如，機(jī)頻故障形成原因包括測試模塊損壞和信號(hào)線斷裂，表現(xiàn)為調(diào)速器原位不動(dòng)但發(fā)送故障報(bào)警信號(hào)，檢修人員應(yīng)采取調(diào)速器切換為手動(dòng)模式、逐個(gè)檢查測試模塊與信號(hào)線、更換損壞測試模塊與中斷信號(hào)線、模塊死機(jī)時(shí)重新上電的處理措施。導(dǎo)葉反饋錯(cuò)誤故障的成因包括電位器損壞、位移傳感器損壞和反饋線斷開，表現(xiàn)為故障燈閃爍與增減開度給定速度超標(biāo)，檢修人員應(yīng)采取全部打開電氣開限、調(diào)節(jié)給定速度的措施，鎖定故障點(diǎn)位和采取相應(yīng)措施，如更換受損的位移傳感器與電位器。而濾芯故障成因包括損壞與堵塞，自動(dòng)泵無法打油、油壓異常升高是故障出現(xiàn)征兆，應(yīng)采取切除自動(dòng)油泵連接、拆解故障濾芯、清理濾芯堵塞物、更換變形開裂濾芯的處理措施。

3.4 推行分級(jí)維護(hù)制度

目前來看，水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試檢查與維護(hù)保養(yǎng)工作量較大，偶爾出現(xiàn)調(diào)速器調(diào)試維護(hù)工作未及時(shí)開展、調(diào)試維護(hù)力度不足的問題，存在質(zhì)量安全隱患，導(dǎo)葉反饋錯(cuò)誤等運(yùn)行故障的出現(xiàn)率也隨之提升。對此，為切實(shí)滿足調(diào)速器調(diào)試維護(hù)工作開展需要，在有限資源的前提下，應(yīng)全面推行分級(jí)維護(hù)制度，對各臺(tái)調(diào)速器的使用年限、運(yùn)行工況、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，將其劃分為若干等級(jí)，低等級(jí)調(diào)速器運(yùn)行工況較佳，高等級(jí)調(diào)速器運(yùn)行工況不穩(wěn)和故障率偏高。隨后，制定多套調(diào)試維護(hù)方案來對應(yīng)各等級(jí)調(diào)速器，不同方案的調(diào)試項(xiàng)目、維護(hù)力度、日常維護(hù)與大修頻率存在明顯差異，集中力量開展使用年限較長、運(yùn)行工況不穩(wěn)的調(diào)速器調(diào)試維護(hù)工作。

4.結(jié)語

綜上所述，調(diào)速器調(diào)試檢查與維護(hù)保養(yǎng)工作的高效開展，對保證水輪機(jī)組乃至水電站的正常運(yùn)行有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是取得預(yù)期項(xiàng)目效益的關(guān)鍵。管理部門必須提高對水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)工作的重視程度，積極采納明確調(diào)試內(nèi)容、采取多元化調(diào)試方式、預(yù)防性檢修、推行分級(jí)維護(hù)制度等措施，以此來強(qiáng)化調(diào)速器調(diào)試維護(hù)工作力度，滿足水輪機(jī)調(diào)速器使用需求。