胡 豐，皮征永，張 洪

（掛治水電廠，貴州 錦屏 556700）

1 引言

掛治水電站位于沅水干流上游河段的清水江中下游，貴州省黔東南州錦屏縣境內(nèi)，上游距離三板溪水電站約18 km，下距錦屏縣城約7 km，工程以發(fā)電為主。兼有改善航運條件等綜合利用效益，電站安裝3臺單機容量50 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機組，采用單回220 kV送出線路并入湖南電網(wǎng)。

掛治電廠投產(chǎn)時采用的是武漢能事達公司生產(chǎn)PID全數(shù)字式型微機電液調(diào)速器，投入運行14年，2021年掛治廠進行了2號機組A級檢修，檢修期間，對調(diào)速器系統(tǒng)進行了換型改造，采用了北京中水科水電科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的CVZT－100數(shù)字式水輪機調(diào)速器，槳葉反饋傳感器采用德國艾斯瑪公司生產(chǎn)的傳感器，其型號：WS10SG-375-420TL10-M4，傳感器設(shè)置了冗余配置。

拉線位移傳感器主要由兩個部分組成，機械部分與電子部分，電子部分一般安裝BEN編碼器，鋼絲繩由自卷彈簧始終保持收緊狀態(tài)，測量原理是鋼絲繩的直線位移轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)量的電氣信號量。鋼絲繩緊繞在多圈測量輪上，每圈行程相同，鋼絲繩測量輪、卷簧輪與傳感器同軸聯(lián)動，因此在整個測量范圍內(nèi)均為線性測量。拉線位移傳感器正常工作時輸出的是4～20 mA電流信號，以滿足機組運行及開停機期間的行程、高精度信號需求。

2 故障經(jīng)過

2021年 4月 8日 20：19：00，2號機組停機，機組制動風(fēng)閘復(fù)歸后，上位機立即出現(xiàn)以下報警信號：“2F：槳葉反饋（調(diào)速器通訊）故障”“調(diào)速器A機故障”“調(diào)速器B機故障”“調(diào)速器事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”“機械事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”“調(diào)速器A、B機同時故障動作”。中控室值班人員發(fā)現(xiàn)報警信號后，立即通知相關(guān)專業(yè)人員到達現(xiàn)場進行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)2號機組調(diào)速器機械調(diào)節(jié)柜內(nèi)急停閥動作、2號機組水車室內(nèi)導(dǎo)葉全關(guān)、2號機組受油器內(nèi)槳葉機械反饋裝置顯示開度為30%，機組導(dǎo)葉開度、槳葉開度與上位機一致，槳葉開機腔壓力表顯示 0 MPa。2021年 4月 11日 12：38：00，2號機組停機后再次出現(xiàn)槳葉反饋裝置故障的此類情況。

3 故障分析

掛治電廠槳葉開度傳感器采用3套控制，第1套傳感器信號直接輸入A機，第2套傳感器信號直接輸入B機，第3套公用傳感器通過隔離模塊分離，分別將槳葉開度信號傳入A、B機兩套控制器的第二路槳葉采集通道，如圖1所示：

圖1 槳葉傳感器信號傳輸圖

當A機控制器輪葉采集第一通道與第二通道發(fā)生偏差或者越限故障時，如果切換到B機運行，B機此時如果是正常的，則可判斷為第1套傳感器故障，如果此時B機也故障，則可判斷為第3套傳感器故障。如果A機運行正常，B機報輪葉故障，則可判斷為第2套傳感器故障。因此，按調(diào)速器設(shè)計思路，可判斷機組槳葉故障導(dǎo)致原因大概率為第3套傳感器問題，考慮到故障發(fā)生持續(xù)時間為40 s左右，且可以自動恢復(fù)，經(jīng)過后期反復(fù)操作未發(fā)生此類情況。當調(diào)速器A機或B機采集值低于低限或高于高限設(shè)定值，在機組運行過程中控制器報調(diào)速器A機故障或調(diào)速器B機故障，機組穩(wěn)定當前狀態(tài)，機組在并網(wǎng)前或停機過程中報調(diào)速器事故，則觸發(fā)機組機械事故動作急停閥停機。

上位機出現(xiàn)“調(diào)速器事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”“機械事故動作”“調(diào)速器急停閥動作”報警原因分析：當機組調(diào)速器A機控制器大故障時，且調(diào)速器B機控制器正常，調(diào)速器會切換至B機運行。如果B機也故障，則A機繼續(xù)作為主用，同時A、B機報信號至監(jiān)控。初步判斷槳葉反饋故障原因系公用槳葉拉線傳感器跳變引起。

通過上位機的報警信號分析可看出，槳葉故障報警每次出現(xiàn)在機組制動風(fēng)閘復(fù)歸后出現(xiàn)。2號機組的調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)柜與機組風(fēng)閘制動柜相鄰，機組停機過程中，當轉(zhuǎn)速到20%額定轉(zhuǎn)速時，機組制動風(fēng)閘自動投入，15 min后制動風(fēng)閘自動退出（機組未發(fā)生蠕動，制動風(fēng)閘不再投入）；風(fēng)閘退出過程中，風(fēng)閘制動腔排氣（0.6 Mpa低壓氣），排氣過程中產(chǎn)生振動干擾，導(dǎo)致相鄰的調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)柜內(nèi)槳葉信號發(fā)生異常。

4 故障處理

更換公用槳葉傳感器：機組停機后，現(xiàn)場將機組調(diào)速器控制方式切至“現(xiàn)地”位置，槳葉控制方式切至“手動”位置，斷開機組調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)柜內(nèi)PLC電源開關(guān)，對2號機組公用槳葉傳感器進行了更換。更換工作完成后，對傳感器信號線進行絕緣測量，測量結(jié)果絕緣值均大于1 000 MΩ，符合相關(guān)要求；對2號機組槳葉傳感器信號回路進行全面檢查，對信號回路接線端子進行了緊固，排查傳感器插頭接線處和電纜連接端子處是否有松動現(xiàn)象。

4.1 排除外界干擾因素

2號機組公用槳葉傳感器更換完畢后，第1次模擬2號機組制動風(fēng)閘自動投入、上位機退出制動風(fēng)閘操作，未出現(xiàn)異常報警信號，重復(fù)進行了3次機組制動風(fēng)閘自動投入、上位機退出機組制動風(fēng)閘操作，均未出現(xiàn)異常報警信號。

4.2 調(diào)速器程序優(yōu)化

對2號機組調(diào)速器相關(guān)程序進行修改，將2號機組槳葉主備用傳感器采樣值超差>5%時，由原觸發(fā)調(diào)速器事故修改為只觸發(fā)調(diào)速器小故障不進行A/B機切換，優(yōu)化邏輯判斷。2號機組停機狀態(tài)下，將停機態(tài)時槳葉人工開度死區(qū)由-9%調(diào)整為-2%，開機態(tài)時槳葉開度死區(qū)維持±0.3%不變

4.3 槳葉動作試驗

進行槳葉動作試驗，將2號機組槳葉的控制方式切至“手動”，手動將機組槳葉進行全關(guān)、全開全行程動作幾次，未出現(xiàn)槳葉反饋異常報警信號。向集控申請上位機開2號機組至空轉(zhuǎn)，槳葉動作靈活，且開度顯示正常，調(diào)速器系統(tǒng)運行正常，槳葉反饋裝置未發(fā)現(xiàn)異常。

通過采取上述的措施，2號機組運行至今未出現(xiàn)此類故障，槳葉反饋裝置運行狀態(tài)良好。

5 結(jié)論

拉線式位移傳感器是自動控制系統(tǒng)必不可少的設(shè)備，且應(yīng)用廣泛，在水電廠中許多重要的設(shè)備都被應(yīng)用，尤其是水輪機的導(dǎo)葉、槳葉反饋機構(gòu)等設(shè)備。引發(fā)傳感器故障有許多因素，有外部因素：傳感器插頭松動、接線端子松動、信號回路故障、電磁干擾等；有內(nèi)部因素：傳感器拉線斷股（斷裂）、傳感器拉線卡阻、傳感器內(nèi)部彈簧張力不夠、內(nèi)部元器件老化等。如何降低傳感器故障發(fā)生率及出現(xiàn)故障應(yīng)急處置是保證電廠設(shè)備安全重要研究課題，本文介紹了電廠發(fā)生一起機組槳葉反饋裝置故障，通過對故障原因分析與處理，積累了寶貴的工作經(jīng)驗，同時也為同類型設(shè)備故障處理提供了良好的借鑒。