李崇仕，沈琴峰，劉　賢，江有志

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

東坪水電廠調(diào)速器的缺陷分析及處理

李崇仕，沈琴峰，劉賢，江有志

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：文章首先介紹了東坪水電廠調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理，分析了調(diào)速器運(yùn)行過程中存在主配拒動(dòng)設(shè)置方式不合理；導(dǎo)葉傳感器正電壓消失時(shí)機(jī)組處于失控狀態(tài)因此急需升級(jí)換型問題；導(dǎo)葉、輪葉主配引導(dǎo)閥卡死這3個(gè)缺陷，然后針對(duì)缺陷提出了具體改造方法，最后，通過分析改造前后設(shè)備運(yùn)行情況，證明了改造的成功。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器；主配拒動(dòng)；導(dǎo)葉傳感器；導(dǎo)葉、輪葉與引導(dǎo)閥卡澀

1　前言

東坪水電廠為資江流域上游柘溪電廠的反調(diào)節(jié)電廠，裝有4臺(tái)燈泡貫流式水輪機(jī)，總裝機(jī)容量為72MW，年平均發(fā)電量為2.912億kW·h。機(jī)組調(diào)速器采用武漢三聯(lián)PSW(S)T—150—6.3，PSW表示：比例數(shù)字冗余電液轉(zhuǎn)換，W(S)T表示：導(dǎo)葉槳葉雙重調(diào)節(jié)，主配壓閥直徑為150mm，工作油壓為6.3MPa。從2007年裝機(jī)以來調(diào)速器系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了8年之久，調(diào)速器出現(xiàn)了很多問題：主配拒動(dòng)設(shè)置不合理加大了保護(hù)的誤動(dòng)性；導(dǎo)葉傳感器問題，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)正極信號(hào)消失，機(jī)組導(dǎo)葉會(huì)迅速開至全開，導(dǎo)致機(jī)組過負(fù)荷甚至出現(xiàn)飛逸；導(dǎo)葉、輪葉主配引導(dǎo)閥卡死時(shí)要對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行泄壓處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。因此對(duì)這些故障進(jìn)行排除是迫切的。

2　調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

（1）機(jī)械部分由比例伺服閥＋數(shù)字球閥＋機(jī)械手動(dòng)組成機(jī)械冗余結(jié)構(gòu)。比例伺服閥以及數(shù)字球閥都起電液轉(zhuǎn)換作用，將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定操作力和位移信號(hào)從而驅(qū)動(dòng)下一級(jí)的液壓放大系統(tǒng)，比例伺服閥和數(shù)字球閥二者互為備用，在自動(dòng)狀態(tài)下由比例伺服閥來完成電液轉(zhuǎn)換，當(dāng)然也可以機(jī)械手動(dòng)操作選擇。當(dāng)電液轉(zhuǎn)換出現(xiàn)卡阻拒動(dòng)情況，電氣部分自動(dòng)切換到另一路電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)[1,2]。該調(diào)速器采用三級(jí)放大：

第一級(jí)：比例伺服閥或數(shù)字球閥組成；

第二級(jí)：引導(dǎo)閥和輔助接力器組成；

第三級(jí)：主配壓閥和主接力器組成。

（2）電氣部分采用可編程控制器WT-PLC來保障計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，核心控制器為法國施耐德公司的TWDLMDA40DTK。采用雙機(jī)結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)CPU，如圖1，A機(jī)、B機(jī)之間采用為Modbus Plus網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩套系統(tǒng)從輸入至輸出、電源配置等都完全相同，故相互完全獨(dú)立。A、B機(jī)間采用智能全容錯(cuò)冗余熱備方式也可以采用手動(dòng)操作選擇。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3　存在的問題與改造方式

3.1主配拒動(dòng)

主配拒動(dòng)設(shè)置不合理，主配拒動(dòng)信號(hào)一般是用主配壓閥活塞上的一個(gè)行程開關(guān)信號(hào)，其實(shí)就是主配在非關(guān)的位置，只有在主配向關(guān)的方向動(dòng)的時(shí)候接點(diǎn)才會(huì)復(fù)位，大部分時(shí)候主配拒動(dòng)信號(hào)會(huì)一直保持，由于一般行程開關(guān)的死區(qū)至少為2~4mm，而一般主配壓閥的行程多在8~10mm，導(dǎo)致該行程開關(guān)的可靠性不高，加大了保護(hù)誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。主配經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)或拒動(dòng)，當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速超過115%時(shí)，機(jī)組緊急事故停機(jī)，無法直接停到空載或空轉(zhuǎn)。該方式的最大不足在于信號(hào)靈敏度太低、死區(qū)過大。

改造方式：由電調(diào)根據(jù)開度目標(biāo)與開度反饋之間的偏差及實(shí)際開度的變化率綜合判斷，電調(diào)邏輯判斷后通過數(shù)字量輸出板（DO）開出，驅(qū)動(dòng)一中間繼電器，中間繼電器的開出接點(diǎn)接到監(jiān)控系統(tǒng)原“主配拒動(dòng)”輸入點(diǎn)即可。具體為當(dāng)開度偏差大于5.00%且開度變化率未按要求方向大于0.10%/100ms，延時(shí)確認(rèn)3 s即判定“主配拒動(dòng)”。

邏輯表達(dá)式為：

CN：=ABS（OT-OF）＞5.00%&OV＜0.10%/100ms；

CN：控制異常；OT：開度目標(biāo)；OF：開度反饋；OV：開度變化率。

3.2導(dǎo)葉傳感器問題

東坪電廠水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉開度傳感器型號(hào)為米銥WDS-1500-P60-SR-U，該型傳感器采用拉線式，其輸出信號(hào)為0~10 V制式；該傳感器主要不足有：

（1）電壓輸出

電壓制式輸出的傳感器均存在共性問題，即輸出信號(hào)開路后采樣側(cè)電壓均需要一定的時(shí)間才能完全消失，這樣就會(huì)影響調(diào)速器對(duì)反饋消失的反應(yīng)時(shí)間，致使信號(hào)消失后實(shí)際開度變化量大于1%。根據(jù)湖南省電力技術(shù)中心報(bào)告，當(dāng)斷開調(diào)速器導(dǎo)葉反饋的正極信號(hào)時(shí)，由于殘存電壓影響導(dǎo)致調(diào)速器未能報(bào)故障信號(hào)，而顯示為正常狀態(tài)。同時(shí)，調(diào)速器將導(dǎo)葉開度開至全開，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生過負(fù)荷，機(jī)組過速甚至出現(xiàn)飛逸。

（2）拉線驅(qū)動(dòng)

拉線帶動(dòng)內(nèi)部輪軸將外部位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電位器轉(zhuǎn)角信號(hào)的測量方式容易受機(jī)組振動(dòng)的影響，造成被測信號(hào)隨機(jī)組振動(dòng)而變化，特別是在行程較長的情況下更為明顯；且輪軸張力受行程影響較大，在小行程時(shí)更為明顯。

（3）測量規(guī)格

現(xiàn)使用的位移傳感器可選量程幅度變化太大，1 000mm以上即為1 500mm，使被測精度明顯下降，因此，精度也叫線性精度對(duì)選擇新型傳感器是一個(gè)重要依據(jù)。

綜上所述，選用M T S公司的R系列：RP01200M型傳感器。其特點(diǎn)是采用非接觸式磁致伸縮拉桿型，因其采用的是絕對(duì)數(shù)值輸出，即使斷電也不用對(duì)其調(diào)零，所以性能可靠永不磨損；為電流輸出型，其規(guī)格：4~20mA；測量范圍為：0~1 200mm。

圖2　磁致伸縮拉桿型傳感器安裝示意圖

3.3導(dǎo)葉、輪葉主配引導(dǎo)閥卡死

引導(dǎo)閥與端蓋間的密封為傳統(tǒng)的“O”型密封，引導(dǎo)閥與引導(dǎo)閥端蓋間的間隙為0.02mm。引導(dǎo)閥下行的驅(qū)動(dòng)力來自上部“電－液”轉(zhuǎn)換裝置（操作力至少達(dá)200 kg），而上行的驅(qū)動(dòng)力來自引導(dǎo)閥下部的彈簧（操作力僅為20 kg）。當(dāng)引導(dǎo)閥桿與端蓋間因間隙較小，長期摩擦出現(xiàn)阻力大于20 kg時(shí)，引導(dǎo)閥就卡阻在關(guān)閉側(cè)。

改造方式：由于引導(dǎo)閥與其端蓋間平常與回油連通，僅在急停閥投入后才通入壓力油。可將其密封改進(jìn)為“Y”型密封，同時(shí)增大間隙。由于加大了引導(dǎo)閥與端蓋間的間隙，從而避免了引導(dǎo)閥桿與端蓋直接摩擦甚至出現(xiàn)卡阻的現(xiàn)象；緊急停機(jī)電磁閥投入時(shí)，壓力油的作用自上而下會(huì)把Y型密封圈壓的更緊，而不會(huì)發(fā)生滲漏現(xiàn)象。圖3為改造示意圖。

圖3　密封換型改造圖

4　改造后運(yùn)行情況

此次調(diào)速器諸多隱患改造后，目前設(shè)備運(yùn)行情況如下：

（1）主配拒動(dòng)信號(hào)獲取的方式舍棄了主配壓閥上的行程開關(guān)信號(hào)，而改用邏輯判斷，避免了信號(hào)誤動(dòng)這一不安全因素。

（2）改造之前，曾出現(xiàn)過拉線的松動(dòng)導(dǎo)致導(dǎo)葉傳感器的反饋值與導(dǎo)葉實(shí)際位置不符的情況。從1號(hào)、4號(hào)機(jī)組運(yùn)行情況看，導(dǎo)葉傳感器改造是非常成功的，從而確保機(jī)組不出現(xiàn)過速的嚴(yán)重后果。

（3）1號(hào)與4號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉、輪葉主配引導(dǎo)閥改造過后，未出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。與未改造的2號(hào)、3號(hào)機(jī)之間對(duì)比明顯。

4　結(jié)語

水輪機(jī)調(diào)速器作為水輪機(jī)的核心系統(tǒng)，就目前情況，對(duì)東坪水電廠調(diào)速器的缺陷進(jìn)行改造是很有必要的。此次改造發(fā)現(xiàn)的問題都一一得到很好的解決，從分析到給出改造方案甚至到設(shè)備選型都進(jìn)行了嚴(yán)格的論證，有力的保證了東坪水電廠的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]東北電網(wǎng)有限公司.水輪機(jī)調(diào)速器檢修[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2]武漢三聯(lián)水電.三聯(lián)數(shù)字調(diào)速器原理操作說明書[Z]，2011.

中圖分類號(hào)：TK730.4+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）08-0056-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.016

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：李崇仕（1987-），男，助理工程師，從事機(jī)械設(shè)備檢修和維護(hù)工作。