水轮机调速器参数选定及调试中常见故障分析

第 4期 2007年 8月 广 东水 利水 电 GUANGD0NG W ATER RESOURCES AND HYDROPOW ER NO．4 Aug 2007 水轮机调速器参数选定及调试中常见故障 孔繁 臣 (东北电网有限公 司白山发 电厂，吉林 桦甸 132400) 摘 要 ：该文章介绍 了水轮机调速 器的调 节 系统及 参数 选 定 ，并 对 白山发 电厂 的机 组在水轮 发 电机组调 节 系统调 试 中的常见故 障作 了分析 。 关键词 ：水轮机调速 器；参数 ；选定 ；调试 ；故 障；分析 中图分类号 ：TV734．4 文献标识码 ：B 文章 编号 ：1008-0ll2(2007)04-0079-03 1 概述 水轮机调速器控制着水轮发 电机组的正常开停机 、 空载、并 网和增减负荷等，调速器的可靠性 、安全性直接 关系到水轮发电机组甚至整个电力系统能否正常 、安全 稳定运行 ，因此 ，调速器参数选定是非常重要的 ，对水轮 发电机组调节系统 调试过程 中出现的一系列 故障进行 分析 、排 除，是使机组安全运行的重要保证。下面以 白 山发电厂水轮机组为例 ，对调速器参 数选定及常见故障 进行分析。 2 调节 系统 白山发电厂位于长 白山下 、第二松花江上 ，在吉林 省桦甸市境内，总装机容量为 1 700 MW，在东北 电网中 担负着调峰、调频及事故备用的重要任务 。白山发 电厂 自 1994年开始 ，各台机组调速器陆续更换 为 KZT一150 型块式直连型机械液压调速器 (型号说明 ：K——块式 ； Z——直连 ；T——调速器 ；l50—— 主配压阀直径 ，mm)， 调速器柜内采用无管道及具有 自动复中功能 的块 式直 连型新方案。电液伺服阀和引导阀是通过一个轻巧、新 颖的“自动复 中装置”直接连接 的，该 装置具有结合 力 大、操作力小 、自动复归及能放大引导阀 、主配压 阀行程 等特点和功能。还设有定位器，用于帮助复中装置精确 定位。 该系统可将微机调节器或 电气调节器输入 0～10 V 电信号通过电液伺 服阀，将 电气信号转换成液压信号 ， 经过 3级液压放大而形成巨大的操作力 ，用以控制水轮 机的导叶开度 ，以实现水轮发 电机组 的调速 和负荷控 制。电气信号与接力器位置反馈信号通过综合放大器 比较放大，放大器的输 出信号使电液伺服阀产生与其成 正比例的位移 ，由于电液伺服阀与引导阀通过平衡杆直 接连接 ，此位移使引导阀行程放大，并 通过液压放大器 使主配压 阀也产生相应的位移，向主接力器配油并使之 移动 ，直到主接力器位置信号与微机的信号相等为止 。 同理，在电气手动时，其给定开度信号即电液随动 系统的输入信号，电液随动系统可将此信号线性的转换 成主接力器位移。其原理如图 1所示 。 徽机 电气 图 l 电液 随动 系统 输入信号 的转换 示意 3 调速器参数 水轮机调速器一般可调参数为 ：永态转 差系数 b 、 暂态转差系数 b 、缓 冲时间 常数 、加速度 时 间常数 、 比例增益 、积分增益 K，、积分时间常数 ，、微分增 益 等。在调节系统的空载、带负荷和甩负荷试验 中， 收稿 日期 ：2006一l1．30 作者简介 ：孔 繁臣(1977-)，男 ，大学本科 ，工程师 ，从事 水轮发电机组及水轮机调速器机械检修 和技 术管理工作。 · 79 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年 8月 第 4期 孔繁臣：水轮机调速器参数选定及调试中常见故障分析 这些参数 的改变将对调节系统的稳定性和动态 品质产 生很大影 响。 4 参数选定方法 该电站调速器采用 PID调节 规律 ，因此 ，整 定参数 通常是用试验的方法选取 ，即根据经验事先选取若干组 参数进行试验 ，在稳 定性满足要求 的基础上 ，取 动态 品 质最优的一组作运行参数整定。下面介绍几种试验方 法 。 4．1 空载扰动试验 4．1．1 试验 目的 选取 l组能使调节系统运行 稳定并满足标 准规定 的动态指标 的参数 ，以利于机组并网 、带负荷。 4．1．2 试验方法 ： ① 根据 电站的具体条件 ，事 先选择参数组 。由于 电液转换器行程放大 比 一般有 l： l、l：1．4、l：2、 l：3这几个位置，因而做试验 时可 先选 择其 中 1个 ，如 1： 1．4 。 ② 选择 PID三环节的参数 直接选取各 参数 ，主要是利用 水流惯 性时 间常数 和机组惯性时间常数 ，根据斯坦 因或克里夫琴科 的建议公式进行换算。其建议公式为 ： 暂态转差系数 B =(1～2．5) ／ 。 缓冲时间常数 T =(1～1．5) 微粉时间常数 T =To, 换算成电调 PID三环节参数的公式为 ： 比例增益 Kp=(1+ ／Tu)d￡ 积分时间 T，=6 ×T 微分时间 T =T／b 做试验时 ，设定某 一 值 ，取 b 和 的最小值 和 最大值 ，可计算得出 、 、 大小各 2组数值 ，然后分 别取各大小值得 中间值 ，连 同原来的 2组共 3组数值 ， 再加上用态转差系数 b。取 4％、6％ 、8％ 3个值 ，一共 4 个因素列成表，根据这些数值分别作空载扰动试验。一 般可从这 9组数值 中选 出一组较为合理的参数作 为整 定参数 ，然后将上述的每组数据分别作空扰试验 ，直到 获得最优的试验结果 。 4．2 负载扰动试验 4．2．1 试验 目的 ． 80 · 选择负载工况下的最优调节参数 。 4．2．2 试验方法 ① 根据经验选取一些负载情况 的参数组 ，因并 网 后对调速器的要求是速动性 ，一般负载 比空载 稍 大 ，负载情况下 的 。与 ，整值 与机组负荷状态有关 。 当单机带负荷或在小电网中担 任主力时 ， 、 ，负载值 与其空载值相近 ，当机组并人大电网时 ，则可取 。负载 值稍大而 ，负载值为零或接近于零。 ② 在选出的空载最佳整定参数下并网，利用功率 给定旋钮增减 10％ ～20％的额定负荷 ，同空载扰动试 验程序一样 (电液转换器行程放大比 不变 )，可找到 最优调节过程 ，从而确定负载最优整定参数。 4．3 甩负荷试验 4．3．1 试验 目的 检验调节性能，以保证 计算的合理性，验证空载扰 动试验和负载扰动试验所选取的整定参数。 4．3．2 试验方法 ① 在无水的情况下，利用紧急停机电磁阀，摸拟 1 次甩负荷试验 ，调整好导叶开关时间。 ② 对空载扰动试验和负载扰动试验所选取的整定 参数下开机并网 ，带上负荷后 ，跳开发 电机出口断路器 ， 观察调节系统的过渡过程 ，在取得满意效果后 即可确认 所选定的整定参数是最优的。当然 ，甩负荷试验应该从 25％ 、50％ 、75％、100％负荷逐级进行。 5 调速器调试过程中的故障分析 水轮机调速器在安装完成后或者机组进行大 、小修 后 ，在投入运行 之前 ，都要进行调整试验。确认调 速器 符合有关技术标准和要求之后，方可投入运行 。下 面就白山发电厂 白山和红石 2站机组检修 后进行调节 系统调试过程中所遇到的常见故障进行分析。 5．1 环喷式电液转换器旋转套发卡 主要是由于油质不清洁 ，导致喷油小孔堵 塞或是滤 油器油路堵塞。由于白山发电厂地处东北地 区，冬季 比 较寒冷 ，冬季的时候透平油粘 度 比较大 ，造成控制 套旋 转缓慢 、喷油孔喷油量小 等，造成引导阀和主配压阀偏 开或偏关 ，使得调速系统不稳定。遇到控制套发卡的问 题 ，应拆开电液伺服阀进行清洗 。由于活塞卡住的机会 较少，通常只需将 电液伺服 阀上半部分拆下 ，仅清洗控 维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年 8月 第 4期 广东水利水电 No．4 Aug 2007 制套和活塞杆上喷油孔 即可 。如果这样 清洗后 故障仍 未消除，则应将 电液伺服阀整体拆开进行彻底清洗 ，尤 其是油路中的节流孔 ，并清洗双滤油器以及考虑集油槽 滤油问题。 5．2 调速器在液压手动或纯手动时，接力 器不 能全开 或全关到位 主要原因是由于反馈钢丝绳过长或过短 ，调整反馈 钢丝绳的长短适度 ，使其正常开关 。 5．3 调速器 自动状态有零漂 调速器 自动状态有零漂主要现象表现为：接力器不 能稳定在某一位 置上 ，或是 向关侧移 动或是 向开侧移 动。主要原因是调速器的 自动零位没有调整好 ，重新调 整平衡杆和引导阀的中间位置 ，使得接力器能够停在某 一 位置稳定不动。 5．4 液压手动开机不成功 用手动操作机构开机时 ，接力器不动。这种故障的 原因一般是油路不通或接力器活塞被卡 ，具体有以下表 现 ：手 自动切换阀油管接错位 、紧急停机 阀处于排油状 态 、主配压阀活塞被卡于关机侧 、接 力器活塞被 卡等。 查找原因时 ，一般先检查压力油是否通入辅助接力器如 果不通 ，说 明原因就是手 自动切换 阀油管接错位或者紧 急停机阀处于排油状态。如果压力油 已通入辅助接力 器 ，但主配压阀没动，说明原 因就是主配压 阀活塞被卡 于关机侧。如果主配压阀已移动 ，则说明原因是接力器 活塞被卡。 5．5 自动开机不成功或手动切至 自动时接力器立 即全 关 调速器手动正常开停 机后 ，再进行 自动开停 机操 作 。在 自动开机时，不能成功开启。其原因一般是电气 部分或电液伺服阀故障。具体为：综合放大器无输 出信 号或只有关机信号输出 ；开度限制电位器空翻，无开机 信号输出；开限打不开；导叶平衡位置偏关 ，开机信 号电 流不足以使伺服阀向开机方 向动作。具体查找原因时 ， 一 般先检查开限，再检查综合放大器是否有输 出信号， 或电液伺服阀是否有开机信号输入 ，如果有 ，则原 因是 导叶平衡位置偏关 ，开机信号电流不足以使伺服阀向开 机方向动作。如果没有 ，则原因是综合放大器无输 出信 号或只有关机信号输 出，应检查综合放大器。 5．6 手动状态下 ，机组空载运行时 自行关机 这种故障现象的可能原因是 ：滤 网堵塞；油路不通。 造成压力油路没有 同入辅助接力器。查找原 因时先对 滤网进行切换 ，若故障消除 ，则原因是滤 网堵塞；若还存 在 。则说明原因是油路不通。 5．7 模拟手动开机成功 ，切换到 自动 ，进行模拟增 、减 负荷 ，增 、减负荷不灵 用功率给定模拟增 、减机组 所带 负荷时 ，接力器不 动。其原因可能是 ：电液伺 服阀卡紧；电液伺服 阀线圈 断线。首先检查 电液伺服 阀是 否有输 出信号 ，如果没 有 ，则说明原因是电液伺服阀线圈断线 ；如果有 ，则说 明 原因是电液伺服阀卡紧。 5．8 甩负荷试验 时，机组转速上升率和蜗壳水压上升 率过大 其原因是机组关 闭时间过长或过短。自山发 电厂 一 期机组没有分段关 闭装置 ，机组开关机时间主要调整 调速器主配压阀阀盖上装设 的 2个开关机时 间调整螺 栓，将调整螺栓松或者 紧，可将机组关闭时 间调长或调 短。对于白山二期机组 ，因引水管道 比较长 ，采用两段 关闭规律 ，调整机组关闭时间不仅要调整调速器关机时 间调整螺栓，同时还要考虑调整节流 阀的节流位置和凸 轮的拐点位置。 6 结语 调速器最佳运行参数整定值与电站的具体条件 、机 组形式和电力系统情况等因素有关 ，本文对调速器各参 数整定值与调节品质的关系研究的还不够透彻 ，另外水 轮发电机组调节系统调试中的常见故障很多 ，本文也只 进行了粗浅分析 ，故障的种类和造成故障的原 因有待在 今后的实际工作中进一步发现 、分析并完善。 参考文献 ： [1] 魏守平．现代 水轮机 调节技 术 [M]．武汉 ：华 中科技 大学 出版社 [2] 沈祖诒 社 ． [3] 汤正义 版社． 水 轮机 调节 (第 二版 )[M]．北 京 ：水利 电力 出版 水 轮机调速 器机械 检修 [M]．北 京 ：巾 国电力 [4] 常兆堂 ，姜之琦 ，陈仲 华．水轮 机调 节 系统 原理 [M]．北 京 ：中国电力 出版社 ． · 81· 维普资讯 http://www.cqvip.com