劉曉云

（重慶大唐國際彭水水電開發(fā)有限公司，重慶 409600）

1 彭水水電站水輪機調(diào)速器

彭水水電站調(diào)速器系統(tǒng)主要由自動控制系統(tǒng)和機械部分組成。自動控制系統(tǒng)使用三峽能事達公司提供的PFWT-200-6.3型電液調(diào)速器，調(diào)速器機械部分主要由GE原裝進口的FC20000閥組、油壓裝置、接力器與事故配壓閥組成。

三個獨立的微機控制器A套、B套及C套組成彭水水電站調(diào)速器自動控制系統(tǒng)，A、B、C三套互為備用。微機調(diào)節(jié)器（A和B）+機械液壓系統(tǒng)=自動調(diào)節(jié)通道，微機調(diào)節(jié)器（C）+機械液壓系統(tǒng)=電手動控制通道。三套間的數(shù)據(jù)通過MB+網(wǎng)實現(xiàn)交叉冗余冗錯，在機組運行時能無擾動切換。調(diào)速器能在頻率模式、開度模式、功率模式三種模式下運行，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速器手/自動控制模式、運行無擾動切換以及自動控制導葉、按水頭自動整定空載開度、開機、停機等功能。

機組并網(wǎng)前調(diào)速器僅能在“頻率模式”運行，機組并網(wǎng)時轉(zhuǎn)為“功率模式”或者“開度模式”。機組正常在功率模式下運行，如果調(diào)速器檢測到來自監(jiān)控系統(tǒng)的功率給定輸入有故障，調(diào)速器自動切為開度模式運行，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)調(diào)速器的模式信號切換至相應的開度模式調(diào)節(jié)方式。機組并網(wǎng)運行后頻率波動超過±0.5Hz時，調(diào)速器自動由開度模式或功率模式轉(zhuǎn)為頻率模式，即“孤網(wǎng)運行”方式。

調(diào)速器控制系統(tǒng)及轉(zhuǎn)速繼電器測頻信號來自齒盤和殘壓。在正常運行時以殘壓測頻為主，齒盤計數(shù)測頻為輔。

2 彭水水電站5號機組調(diào)速器負荷異常上升的原因分析

事件概述：2012年1月15日，5號機組C級檢修后做調(diào)速器建模試驗，在對調(diào)速器進行帶負荷頻率調(diào)整試驗后，機組當時所帶固定負荷為270MW，導葉開度54%。試驗人員已完成各項試驗參數(shù)測定準備結(jié)束試驗時，在沒有上位機和人員干預的情況下（上位機有功調(diào)節(jié)退出模式），導葉開度在8秒鐘內(nèi)突然增加到83%，有功功率增加到430MW，在導葉開度達到83%后2s鐘導葉開度開始自動逐步減小到54%，5號機組有功功率穩(wěn)定在270MW。5號機組功率異常上升時，導葉開度、有功功率波形如圖1所示。

監(jiān)控報文有：“勵磁調(diào)節(jié)器綜合限制動作”、“勵磁過勵限制動作”、“勵磁欠勵限制動作”。

停機后全面檢查調(diào)速器系統(tǒng)無異常。

3 原因分析

（1）監(jiān)控開出繼電器原因

機組在自動運行工況下，調(diào)整負荷的指令由計算機監(jiān)控系統(tǒng)向調(diào)速器發(fā)出，監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)控本身的開出繼電器來發(fā)出該指令。由于監(jiān)控程序原因?qū)⒃龉α畛掷m(xù)開出，或模塊故障，增功繼電器接點黏連，都會引起調(diào)速器的增功輸入信號長期存在，引起機組負荷出現(xiàn)大的波動，造成溜負荷的后果。技術人員檢查監(jiān)控當時為有功調(diào)節(jié)退出模式，排出了程序原因，檢查輸出模件和繼電器接點以及至調(diào)速器信號接線，沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，基本排除了監(jiān)控誤發(fā)信號原因。

圖1 5號機組導葉開度、有功功率波形

（2）導葉位移傳感器故障

導水葉位置傳感器將導葉機械位移量變換成數(shù)字量送給微機調(diào)節(jié)器，作為實際的導葉開度，其與導葉開度給定值在微機調(diào)節(jié)器內(nèi)部進行比較產(chǎn)生差值，此差值再用來控制微機調(diào)節(jié)器與比例伺服閥執(zhí)行機構(gòu)。自動通道A套、B套和電手動通道C套調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中的每一調(diào)節(jié)器的導葉位移信號取自動獨立的位移傳感器。當導葉位移傳感器故障時，調(diào)速器導葉開度輸入故障，導致輸入給比例伺服閥的電信號錯誤，引起溜負荷。當機組開機狀態(tài)下，調(diào)速器自動通道導葉反饋故障后調(diào)速器將開度保持在故障前狀態(tài)，當三套全部消失時調(diào)速器自動關閉導葉，不會出現(xiàn)突增開度現(xiàn)象；檢查調(diào)速器三套導葉開度傳感器沒有異常情況；基本排除了導葉位移傳感器故障原因。

（3）調(diào)速器測頻通道故障

由于調(diào)速器殘壓測頻模塊異常，造成測頻模塊輸出跳變，PLC測的機組頻率跳變，當其跳變值大于0.5Hz時，調(diào)速器自動將開度模式轉(zhuǎn)為負載頻率模式（為孤網(wǎng)模式），此時頻率的波動相當與調(diào)速器在空載模式下的頻率擾動，導葉開度就有可能在短時間內(nèi)大幅度變化。通過模擬機組開機情況下，在測頻回路端子上加電壓信號，改變此電壓信號的頻率，觀察工控機界面上頻率顯示是否與所加頻率一致，來驗證測頻通道及測頻模塊是否完好。檢查調(diào)速器測頻模塊時，使用頻率發(fā)生器校驗測頻模塊沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，檢查PLC運行正常。基本排除了調(diào)速器測頻通道故障因素。

（4）比例伺服閥及壓力油油質(zhì)原因

比例伺服閥將調(diào)速器發(fā)出的負荷增減的4～20mA電信號轉(zhuǎn)換為輸出的油流量去驅(qū)動主配壓閥，經(jīng)過主配壓閥液壓放大后控制主接力器動作導葉，從而實現(xiàn)機組負荷的調(diào)整。其應具備高精度、高響應性能、良好的耐污能力及防卡能力。比例伺服閥工作不正常，可能引起機組負荷突變。

比例伺服閥微機調(diào)速器是由微機調(diào)節(jié)器和電液執(zhí)行機構(gòu)組成的。電液執(zhí)行機構(gòu)包括比例伺服閥、主配壓閥、油缸油管路及其中的透平油。影響電液執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行力的原因除了閥體自身特性以外，油質(zhì)也會產(chǎn)生很大影響。如果油中存在金屬性的較大雜質(zhì)，在機組運行過程中，比例伺服閥或主配壓閥的油缸內(nèi)壁會造成損傷。當機組增減負荷時，比例伺服閥及主配壓閥動作被油中雜質(zhì)卡住而不能很好的回中，造成機組負荷調(diào)整值與實際值存在比較大的差異，造成機組溜負荷。所以定期濾油及更換濾網(wǎng)是很重要的工作。機組在發(fā)電態(tài)下，由于主配壓閥毛刺或透平油含有雜質(zhì)進入主配壓閥，造成主配壓閥在開方向卡阻，負荷突增。但是由于主配壓閥由于機械原因卡阻不可復歸，即主配往開方向卡阻后不能自動歸中，這與當時過負荷現(xiàn)象不吻合，基本排出主配卡阻原因。

（5）試驗儀器（發(fā)頻設備）異常

由于5號機組出現(xiàn)過負荷情況時，調(diào)速器建模試驗接線未拆除，調(diào)速器測的機組頻率為試驗儀器所發(fā)出，當試驗儀器所發(fā)出頻率信號有突變時，調(diào)速器測頻模塊測的頻率相應突變，導葉開度就會在短時間內(nèi)大幅度變化。

導葉開度與頻率的關系如下方程式（1）：

其中△Y為機組導葉開度變化；△f為機組頻率變化；BP為調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，5號機組設置為4%。

由方程式可得出方程式（2）：

由方程式（2）可知，當時5號機組調(diào)速器頻率波動值大于0.5Hz時，調(diào)速器自動將開度模式轉(zhuǎn)為頻率模式運行，進行孤網(wǎng)運行狀態(tài)，一次調(diào)頻不起作用。查看調(diào)速器導葉開度波形，此波形類似空載頻率擾動試驗的波形，更加驗證了5號機組頻率突變是此次5號調(diào)速器負荷異常上升的原因。引起頻率突變的可能原因有調(diào)速器測頻通道故障，見上文第（3）條，可排除。另一個原因是外部信號跳變，見上文第（5）條。

經(jīng)開分析會一致認為5號機組出現(xiàn)過負荷原因為第（5）種原因。

4 類似事故預防措施

（1）嚴格按照試驗規(guī)程及通過審批合格的技術方案執(zhí)行相關步驟做試驗；

（2）試驗前，做好現(xiàn)場“三講一落實”工作，現(xiàn)場工作負責人及試驗負責人應向參加工作的試驗人員交代安全注意事項，嚴格遵守生產(chǎn)現(xiàn)場的各項管理制度；

（3）外來試驗人員應熟悉本廠調(diào)速器系統(tǒng)工作原理，必須具備相關工作能力且經(jīng)過安全技術交底后方可到現(xiàn)場工作；

（4）試驗前必須對試驗儀器進行檢查，查看試驗儀器是否是由具備檢定能力的單位檢定，且儀器在檢定周期內(nèi)，輸入輸出信號正常，工作可靠，具備較強抗干擾能力；

（5）按照相關規(guī)定和設備使用規(guī)程正確布置試驗接線、正確使用儀表及工器具，試驗接線采用屏蔽電纜，電纜屏蔽層和試驗儀器應接地；

（6）嚴格遵守工作票制度，在調(diào)速器和相關設備系統(tǒng)上接入和拆除信號線必須嚴格按照繼電保護措施票執(zhí)行；

（7）嚴禁在試驗設備及盤柜警戒線范圍內(nèi)使用對講機和手機等無線通話設備，嚴防因該原因造成機組運行不正常；

（8）試驗結(jié)束后及時通知運行部門將調(diào)速器運行方式由自動工況切至手動工況，工況切換后拆除試驗接線，防止參試機組誤動作，誤發(fā)頻給信號，造成不良后果。

[1]周偉.彭水電站調(diào)速器系統(tǒng)控制及遇到的問題淺析[J].水電與新能源，2013（z1）.