鄧會(huì)祥 曾華清

（湖南五凌電力有限公司 長沙市 410004）

洪江水電廠位于湖南懷化市洪江區(qū)上游4.5 km處，是沅水流域一期滾動(dòng)開發(fā)項(xiàng)目之一，安裝有6臺(tái)單機(jī)容量4.5萬kW的高水頭燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量27萬kW，額定水頭20m，設(shè)計(jì)最高水頭27.3m，最低水頭8.4m，投產(chǎn)時(shí)是國內(nèi)單機(jī)容量最大的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，目前仍是國內(nèi)設(shè)計(jì)水頭最高的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。

1 洪江水電廠調(diào)速器介紹

洪江水電廠調(diào)速器由微機(jī)調(diào)速器和機(jī)械液壓系統(tǒng)組成，微機(jī)調(diào)速器包括主調(diào)節(jié)器、備用調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速測量裝置、現(xiàn)地面板和用于數(shù)據(jù)采集和信號(hào)轉(zhuǎn)換及隔離的外圍元件。微機(jī)調(diào)速器采用法國ALSTOM公司生產(chǎn)的PID型微機(jī)雙調(diào)節(jié)調(diào)速器，對(duì)水輪機(jī)的導(dǎo)葉和槳葉進(jìn)行調(diào)節(jié)；調(diào)速器配置兩套完全獨(dú)立的調(diào)節(jié)器（N1500、N1000），互為備用，從電源回路到反饋信號(hào)的輸入回路均是獨(dú)立的，主用調(diào)節(jié)器發(fā)生重大故障時(shí)自動(dòng)切換至備用調(diào)節(jié)器，并可對(duì)主用調(diào)節(jié)器檢查，排除故障后手動(dòng)切回主用調(diào)節(jié)器；具有轉(zhuǎn)速控制、功率控制和開度控制三種方式，三種方式之間可以互相切換。自2003年3月8日首臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行以來，調(diào)速器的穩(wěn)定性、可靠性和快速性均能滿足洪江水電廠的運(yùn)行要求。

調(diào)速器型號(hào)：并聯(lián)PID數(shù)字式調(diào)速器；

額定壓力：6.4MPa；

導(dǎo)葉接力器容量：192dm2；

槳葉接力器容量：264dm2

導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間：（6～20）s

槳葉關(guān)閉時(shí)間：（15～60）s

主要有如下特點(diǎn)：

（1）輸入輸出開關(guān)量經(jīng)繼電器隔離后引入調(diào)節(jié)器，模擬量輸入輸出采用隔離變送器，有利于提高調(diào)節(jié)器的抗干擾能力。

（2）機(jī)組轉(zhuǎn)速測量為齒盤測速和殘壓測速兩種方式，測速齒盤有三個(gè)感應(yīng)式接近開關(guān)，一路引入N1500，一路引入N1000，第三路引入測速裝置ADT1000，ADT1000提供15對(duì)開關(guān)接點(diǎn)，接點(diǎn)可在（0～300）rpm之間任意整定；機(jī)組測頻電壓信號(hào)取自機(jī)端PT，網(wǎng)頻測量電壓信號(hào)取自主變低壓側(cè)母線PT。

（3）導(dǎo)葉開度反饋采用感應(yīng)式線性傳感器，槳葉開度反饋采用位置變送器，導(dǎo)葉、槳葉主配壓閥位置反饋采用接近式傳感器，引入調(diào)節(jié)器的信號(hào)為（4～20）mA 的電流信號(hào)。

（4）導(dǎo)葉和槳葉具有協(xié)聯(lián)關(guān)系，不同的水頭具有不同的協(xié)聯(lián)曲線；采用兩段開機(jī)律，提高開機(jī)的速度，縮短開機(jī)時(shí)間；停機(jī)時(shí)采用分段關(guān)閉，減小快速停機(jī)或突減大負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的水錘效應(yīng)。

（5）具有自診斷和程序診斷功能。當(dāng)調(diào)節(jié)器出現(xiàn)一般故障時(shí)，如水頭、上游水位、模擬量設(shè)置等故障，程序能自動(dòng)處理，繼續(xù)維持運(yùn)行并不切到備用調(diào)節(jié)器；當(dāng)調(diào)節(jié)器出現(xiàn)重大故障時(shí)，如輸入輸出板、接口板、位置控制器板和系統(tǒng)程序嚴(yán)重出錯(cuò)等故障，能自動(dòng)切到備用調(diào)節(jié)器工作，不影響機(jī)組正常運(yùn)行，只有當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器均出現(xiàn)重大故障時(shí)，才通過停機(jī)電磁閥緊急停機(jī)；調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障時(shí)均有信號(hào)送至監(jiān)控系統(tǒng)。

2 故障現(xiàn)象

（1）1月24日6時(shí)，4#機(jī)運(yùn)行時(shí)導(dǎo)葉操作油管、過速飛擺操作油管固定管卡松動(dòng)，油管振動(dòng)劇烈，并偶爾有抽動(dòng)現(xiàn)象，部分螺栓用手可以擰動(dòng)，當(dāng)時(shí)負(fù)荷為10MW，調(diào)整負(fù)荷后抽動(dòng)消失。

（2）1月29日上午，4#機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)時(shí)負(fù)荷為30MW，出現(xiàn)同樣的抽動(dòng)情況，停機(jī)后對(duì)管卡進(jìn)行了緊固，開機(jī)至空轉(zhuǎn)正常。

（3）1月 30日 2：35，導(dǎo)葉操作油管再次出現(xiàn)同樣的異常抽動(dòng)，當(dāng)時(shí)負(fù)荷為45MW。

3 故障分析診斷與處理

從此次導(dǎo)葉操作油管抽動(dòng)現(xiàn)象分析，可能與油管內(nèi)有氣體存在，或者調(diào)速器內(nèi)部與外部存在干擾信號(hào)，并且干擾信號(hào)頻率剛好達(dá)到了導(dǎo)葉操作油管路系統(tǒng)的共振頻率，由此對(duì)4#機(jī)進(jìn)行全面的檢查，處理的思路是首先排除了油管內(nèi)有氣體存在的可能，然后對(duì)調(diào)速器內(nèi)部參數(shù)及外圍設(shè)備輸入輸出信號(hào)進(jìn)行全面檢查核對(duì)，排除由于內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不對(duì)及輸入輸出信號(hào)造成干擾信號(hào)引起共振，再就是排除外部干擾信號(hào)引起共振。

（1）1月24日首次出現(xiàn)導(dǎo)葉操作油管抽動(dòng)現(xiàn)象后，對(duì)4#機(jī)調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和導(dǎo)、槳葉協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行了全面的檢查，然后對(duì)導(dǎo)葉和槳葉主配壓閥位置反饋量進(jìn)行了檢查。

檢查到N1500的導(dǎo)葉主配壓閥位置反饋電流X1：403為4.928mA,到N1000的導(dǎo)葉主配壓閥位置反饋電流X1：407為4.978mA，與機(jī)組投產(chǎn)調(diào)試報(bào)告中 X1：403 為 5.03mA、X1：407 為 4.96mA 有一定的偏差。之后在停機(jī)狀態(tài)、壓力切斷、導(dǎo)葉全關(guān)時(shí)對(duì)主配壓閥的位置穩(wěn)定情況進(jìn)行了觀測未發(fā)現(xiàn)異常，對(duì)比例閥狀態(tài)進(jìn)行了觀測未發(fā)現(xiàn)異常。在機(jī)械專業(yè)人員對(duì)管卡進(jìn)行全面的緊固后自動(dòng)開機(jī)至空轉(zhuǎn)，并對(duì)空轉(zhuǎn)工況下導(dǎo)葉位置、主配壓閥位置、比例閥位置進(jìn)行觀測未發(fā)現(xiàn)異常。在空轉(zhuǎn)穩(wěn)定的情況下并網(wǎng)帶1萬負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)在檢查主配壓閥和比例閥位置曲線上有較多的尖波出現(xiàn)，但現(xiàn)場檢查導(dǎo)葉操作油管抽動(dòng)平穩(wěn)，后帶4MW負(fù)荷運(yùn)行，在對(duì)導(dǎo)葉位置進(jìn)行觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)其有一次比較大的抽動(dòng)，導(dǎo)葉位置平穩(wěn)狀態(tài)下開度為16.2%，抽動(dòng)時(shí)最大值為29.4%,在帶4MW負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后轉(zhuǎn)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)觀測，空轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

（2）1月30日上午，由監(jiān)控系統(tǒng)模擬帶負(fù)荷運(yùn)行，分別模擬帶25%、50%、75%、100% 的負(fù)荷進(jìn)行觀測，在模擬帶負(fù)荷的過程中，調(diào)速器操作油管出現(xiàn)了異常抽動(dòng)，并偶爾伴有劇烈抽動(dòng)現(xiàn)象，油管抽動(dòng)平穩(wěn)時(shí)導(dǎo)葉開度為8.7%,抽動(dòng)狀態(tài)下導(dǎo)葉位置最大值為42.4%，在機(jī)組轉(zhuǎn)為空轉(zhuǎn)（即跳開勵(lì)磁開關(guān)）后運(yùn)行穩(wěn)定，故初步判定為勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)調(diào)速器有干擾。

（3）在上述操作均由主用控制器N1500操作及監(jiān)視后，連接備用控制器N1000進(jìn)行操作及監(jiān)視，并作相應(yīng)的比較，之后將N1500與N1000反饋線進(jìn)行換線檢查，發(fā)現(xiàn)仍有較多的尖波出現(xiàn)。

（4）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主配壓閥反饋電纜、比例閥電纜與勵(lì)磁電纜在同一個(gè)電纜橋架內(nèi)，遂初步斷定為勵(lì)磁電纜對(duì)反饋電纜及比例閥電纜的干擾。檢查屏蔽線接地正常。將筆記本電腦連到N1500進(jìn)行觀測，更換導(dǎo)葉比例閥電纜，空載狀況下異常抽動(dòng)存在。恢復(fù)比例閥電纜，更換導(dǎo)葉主配壓閥電纜，開機(jī)至空載，異常抽動(dòng)依然存在。解開機(jī)端TV測頻線，投勵(lì)磁，仍有異常抽動(dòng)，以及更換導(dǎo)葉比例閥電纜，解開機(jī)端TV柜內(nèi)機(jī)頻線，異常抽動(dòng)依然存在。

（5）將調(diào)速器電氣柜停電后再復(fù)電，空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)空載檢查，故障依舊，將導(dǎo)葉主配壓閥位置反饋傳感器位置進(jìn)行調(diào)整，N1500與N1000反饋電流均調(diào)整到5.01mA，開機(jī)空載狀況下，抽動(dòng)較以前穩(wěn)定，但未能從根本上解決。

（6）勵(lì)磁系統(tǒng)用示波器觀測波形正常，調(diào)速系統(tǒng)用示波器觀測無明顯異常，更換導(dǎo)葉接力器反饋電纜，調(diào)整部分參數(shù)前后在空載狀況下均有劇烈抽動(dòng)。

（7）將4#機(jī)導(dǎo)葉位置變送器進(jìn)行了更換，對(duì)導(dǎo)葉位置控制板POS板進(jìn)行了更換，對(duì)PUI板進(jìn)行了更換，對(duì)導(dǎo)葉主配壓閥位置反饋進(jìn)行了調(diào)整，壓低導(dǎo)葉開限等均不能從根本上消除故障，均未能消除異常抽動(dòng)。

（8）更換導(dǎo)葉位置傳感器，將4#機(jī)調(diào)速器N1500（主用控制器）導(dǎo)葉位置傳感器與 3#機(jī)調(diào)速器N1000（備用控制器）導(dǎo)葉位置傳感器互換，缺陷消除。開機(jī)帶負(fù)荷正常，機(jī)組轉(zhuǎn)備用。

4 故障處理總結(jié)

1 月24日首次對(duì)調(diào)速器系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查主配壓閥和比例閥位置曲線上有較多的尖波出現(xiàn)，同時(shí)對(duì)導(dǎo)葉位置進(jìn)行觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)其有一次比較大的抽動(dòng)，由此可以判斷出確實(shí)存在干擾信號(hào)導(dǎo)致異常，在干擾信號(hào)源未確定的情況下，帶4MW負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后轉(zhuǎn)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)觀測，空轉(zhuǎn)穩(wěn)定，并且機(jī)組模擬帶負(fù)荷未出現(xiàn)異常情況。干擾信號(hào)的不穩(wěn)定給這次故障診斷處理過程增加了不確定性，也走了彎路。

對(duì)干擾信號(hào)的排查從上至下層層排除，機(jī)組開機(jī)、空載或運(yùn)行，自動(dòng)平衡狀態(tài)下，導(dǎo)葉接力器、操作油管等幅或非等幅周期性快速往復(fù)位移，伴有響聲，動(dòng)幅大，快速高頻。嚴(yán)重時(shí)影響轉(zhuǎn)速正常調(diào)節(jié)，負(fù)荷快速交變，危及電網(wǎng)、機(jī)組安全和穩(wěn)定。一般多為電氣故障（或微機(jī)軟件）、液壓卡阻所致。

（1）油管內(nèi)存在氣體導(dǎo)致操作油管抽動(dòng)一般出現(xiàn)在調(diào)速器液壓系統(tǒng)充油后的前期，因?yàn)閷?dǎo)、槳葉經(jīng)過多次的來回操作后大部分空氣已經(jīng)排出，而且后期產(chǎn)生的油管、接力器的抽動(dòng)頻度、強(qiáng)度越來越弱。

（2）調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)和導(dǎo)、槳葉協(xié)聯(lián)曲線問題導(dǎo)致的問題一般是機(jī)組空載、單機(jī)或并列運(yùn)行，自動(dòng)平衡狀態(tài)下，導(dǎo)葉接力器周期或非周期、等幅或非等幅低頻往復(fù)位移。動(dòng)幅較大，頻率一般為2Hz以下（0.5Hz～2.5 Hz），接力器擺動(dòng)往往會(huì)引起機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定表現(xiàn)為持續(xù)不息或加劇，有時(shí)會(huì)自行消失。

（3）導(dǎo)葉位置、主配壓閥位置、比例閥、功率、頻率反饋根據(jù)其故障不同，調(diào)速器系統(tǒng)故障現(xiàn)象也不同。

（4）當(dāng)機(jī)組未投勵(lì)磁時(shí)機(jī)組運(yùn)行正常，投入后機(jī)組馬上有故障出現(xiàn)時(shí)可以斷定是勵(lì)磁系統(tǒng)引起的，但是這次故障診斷過程中并不是這樣的，其實(shí)原因很簡單，這是因?yàn)閷?dǎo)葉位置傳感器間斷性故障導(dǎo)致的。

（5）主配壓閥位置、比例閥卡瑟會(huì)導(dǎo)致機(jī)組溜負(fù)荷或持續(xù)加負(fù)荷。

（6）外部電纜干擾對(duì)調(diào)速器系統(tǒng)的影響主要與干擾信號(hào)的特點(diǎn)有關(guān)。