水电机组调速器主配压阀抽动故障机理分析

水电机组调速器主配压阀抽动故障机理分析

刘斌

新疆伊犁河流域开发建设管理局 新疆伊宁市 835000

摘要：目前我国经济和和科技水平发展十分快速，水电机组调速器主配抽动故障作为一个频发性问题，关联变量较多，涉及液压随动系统失稳以及闭环（开度闭环、频率闭环和功率闭环）控制的频繁调节。主配抽动势必带来诸如打油频繁、开度失稳、负荷波动等后果。不少水电站出现过主配反馈断线、跳变问题，造成发电工况下主配剧烈抽动导致开度变化大进而引发负荷大范围扰动，机组被迫事故停机。因齿盘探头安装未指向大轴中心线且距离偏大，引起测频反馈跳变致使频繁的一次调频进而造成主配压阀抽动，通过调整齿盘测速装置支架和探头后得以解决。因导叶开度编码器元件故障，导叶反馈测值跳变开度频繁调节而造成主配压阀抽动，通过更换开度编码器备件后得以解决。

关键词：调速器；主配压阀；液压随动；分析排查

引言

水轮机调速器抽动危害严重，原因较多，以上是造成调速器抽动的一些主要原因，维护人员要熟悉调速器的工作原理，调速器抽动时能判断抽动来源，针对抽动来源进行处理，这样能很快判断故障元婴，保证了调速器的运行稳定性。引起机械液压系统抽动，严重影响了水轮发电机组的安全稳定运行。从水轮机调速器的原理、设备部件结构、软件优化等方面分析了水轮机调速器系统产生抽动的原因，提出了相应的防止抽动的措施，从工程上解决了水轮机调速器系统出现的不稳定问题。

1调速器工作原理及调节方式

水轮机调速器的工作原理基本上就是将转速信号（机组频率）与电网频率（给定频率）进行对比，根据其差值给予电液转换器一个操作接力器开或关的信号（命令）来控制水轮机过水流量从而调节水轮机转速的作用。　　调速器主要调节方式主要以下几种：　　（1）频率调节：主要在开机空载时的运行工况，机组频率和给定频率进行对比，如果机组转速大于给定频率时，调速器作用于接力器，关小导叶，过水量减小，机组转速下降，反之，开大导叶，过水量增加，机组转速上升。　　（2）开度调节：调速器实时检测导叶开度，并和给定导叶开度进行比较，大于给定，则关导叶，小于给定开度则开导叶。　　（3）功率调节：调速器实时检测机组功率，并和给定功率进行比较，大于给定，则关导叶，小于给定则开导叶。

2水轮机调速器运行中故障发生的原因

水轮机调速器通常采用内环控制体系，对其系统结构进行分析研究，利用主配压阀阀芯位移传感器，将采集到的主配压阀活塞的位置信息进行转换，通过转换的电子信号来对水轮机调速器的工作转台进行相关反馈和最终确定。水轮机调速器所处的运行环境，主要是以不调节的平衡工况为背景，又因调速器主阀阀芯位移传感器的电阻轨的材质多为导电塑料，经过长时间的运行，很容易对其造成磨损，引起主阀阀芯传感器触电接触不良，进而会使主阀阀芯在平衡点处随机的上下抽动的频率加大，导致机械液压系统在运行中发生抽动故障，从而制约着整个水轮机机组的运行。除上述原因，水轮机导叶反馈发出信号的波动频率较大，也是引起水轮机调节器在运行中产生故障的原因。导叶反馈会随着振动频率的变化而发生一定的变化，在这种变化下控制系统没有办法对信息进行收集，进而很难掌握内部的振动情况，从而增加了对抽动现象进行及时有效控制的难度，这就会使得主配压阀产生抽动现象，是使水轮机调速器发生故障的主要原因。给水轮机机组器的安全稳定运行产生影响。

3水轮机调速器故障的消除方法和防止措施

3.1调速器系统硬件处理

1）更换主配小反馈。采用德国Bosch公司生产的大流量比例阀内部的反馈耐压型位移传感器该位移传感器根据差动变压器的原理工作的套在线圈中的铁心在耐压管内移动耐压管可以承受最大到315bar的压力能适应对压力介质中的某一段进行位移测量测量过程是无接触和无磨损的分辨率高且不受限制。放大器集成在阀体内并根据相应的行程进行调节。传感器由DC12V电源供电并产生DC0～10V电压作为输出信号。2）将导叶反馈传感器安装在震动相对较小位置。通过机械变换装置将直线电位器形式的导叶反馈传感器安装在水车室外取代故障前将拉杆式导叶反馈传感器安装在接力器上的安装方法此处不会因水轮发电机组的震动而影响导叶反馈信号避免了震动干扰。

3.2更换主配压阀阀芯位移传感器

由于主配压阀阀芯在实际工作中的行程非常小，约为±６ｍｍ，为了提高控制精度，所选择的直线位移传感器有效行程就不能比实际动作行程大太多，而较小行程的直线位移传感器一般都为导电塑料电阻轨型。原主配压阀阀芯位移传感器先后选用了天津市无线电元件十厂等的有效行程为２５ｍｍ的拉杆式导电塑料电阻轨型直线位移传感器，但使用时间都不长，有的不到１个月就损坏了。根据现场实际需要，将原主配压阀阀芯位移传感器更换为非接触式的反馈装置。更换的非接触式反馈装置是公司生产的大流量比例伺服阀内部的阀芯反馈位移传感器。通过更换为该非接触式位移传感器，较好地解决了主配压阀阀芯位移传感器平衡点易磨损的问题。从使用情况来看，完全能够满足水轮机调速器长期运行的要求。

3.3更换导叶反馈及安装位置与主配压阀阀芯位移传感器

水轮机导叶反馈安装于导叶接力器支座上。其采用直线电位器的形式，在开机后，导叶反馈的振动幅度比较高，反馈信号就容易产生波动现象，这样就使水轮机调速器产生抽动障碍。故借助改变导叶反馈装置的形式，在把机械转换装置安装于水轮机层，从而有效的避免了振动问题干扰。水轮机在实际运行中，主配压阀阀芯的行程非常小，从提高控制精度方面考虑，对直线位移传感器有效行程的选取原则，即不能与实际动作行程差距较大，但一般较小行程的直线位移传感器多属于导电塑料电阻轨型。以现场实际需要为依托，可将主配压阀阀芯位移传感器用非接触式的反馈装置来进行替换。依据差动变压器的工作原理，该类位移传感装置，利用套在线圈中的铁芯在管内的移动，以达到对位移测量的目的。通过更换位移传感器，主阀阀芯位移传感器平衡点易磨损的问题就得到了有效解决。并且从使用情况观察，水轮机调速器长期运行的要求能到完全得到满足。

3.4主配压阀阀芯位移传感器故障或零位不合适造成的抽动控制

配压阀阀芯位移传感器主要反映主配压阀活塞的位置，主要作为调速器内环控制的反馈，正常是调速器按要求调整完毕后应该在一固定位置，反应主配压阀活塞在中间位置，但位移传感器安装不合理，机组运行时产生的振动，将固定的传感器位移发生变化，造成位移测量值和主配压阀实际不一至，电为达到电气的零点，会使主配抽动和传感器显示波动。另一类是由于传感器本身选型造成的，主配位移传感器器由线性电阻做成，但如果选用导电塑料电阻轨型（接触式传感器），随着调速器调整活塞移动，长时间则可能出现磨损，从而引起调整的不平衡，引起调速器抽动，更换非接触式位移传感器，并合理安装，满足现场要求。

结语

由于水轮机调速器系统是一套自动控制系统，某一个环节出现问题，就有可能使整个调速器系统不稳定。主配压阀抽动故障建立的一套科学有效的分析方法，方便了工程技术人员、水电运维人员精准高效地锁定故障原因并及时解决调速器主配压阀抽动故障，从而极大程度地保证了水电机组的安全稳定运行。

参考文献：

[1] 张梅儒.调速系统主配压阀抽动的原因及处理方法[J].中国科技纵横，2017（17）：118.

[2] 李建善.水轮发电机调速器主配压阀抽动故障分析与处理[J].小水电，2020（4）：168-170.