鄧海建

（四川明星電力股份有限公司，四川 遂寧629000）

1 概 述

三星水電站位于四川省遂寧市船山區(qū)老池鄉(xiāng)三星場與重慶潼南米新鎮(zhèn)之間，距遂寧市區(qū)約35 km，是明星電力股份有限公司承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的主力電站，于1999 年正式投產(chǎn)使用。電站配3 臺額定容量16 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，日峰值發(fā)電量120 萬kW·h 左右。三星站調(diào)速器系統(tǒng)早期采用南瑞公司的S700 控制柜，2007—2008 年間逐步將1～3 號機(jī)組升級更新為南瑞公司最新的SAFR—2000水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制柜。

SAFR—2000 核心控制模塊采用貝加萊公司的PCC 整體方案，分A、B 兩套獨(dú)立控制，基本原理是使用完全獨(dú)立的模塊組合，包括測頻、冗余切換、開入開出，繼電器陣列等，通過測量機(jī)組的殘壓產(chǎn)生頻率反饋進(jìn)入核心部件進(jìn)行PID 運(yùn)算輸出模擬和脈沖兩種控制信號，然后讓模擬信號經(jīng)過驅(qū)動(dòng)板放大驅(qū)動(dòng)電磁線圈動(dòng)作，閥頭和位移變送器再將信號反饋，以此達(dá)到閉環(huán)控制的目的（見圖1）。

從圖1 中可以看出，PCC 調(diào)速系統(tǒng)采用了全模塊化控制，每一個(gè)獨(dú)立的部件承擔(dān)一個(gè)獨(dú)立的作用，目的就是形成一套閉環(huán)控制系統(tǒng)，主環(huán)控制頻率，副環(huán)控制開度，層次調(diào)配關(guān)系非常明確，三星水電站自更換控制柜之后調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，負(fù)荷控制調(diào)節(jié)的精確度良好。

2 故障現(xiàn)象

從2016 年4 月初開始，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)2 號發(fā)電機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)油壓裝置壓力油泵啟動(dòng)較以往頻繁很多，油壓屏指示的油罐壓力值下降很快（油壓裝置設(shè)定油泵從3.6 MPa 啟動(dòng)打油，4.0 MPa 停止），4.0 MPa 的油壓在短短10 min 之內(nèi)就降到了油泵啟動(dòng)值3.6 MPa；而相鄰的1 號和3 號機(jī)組，該數(shù)據(jù)基本都在40 ～60 min 左右。在有機(jī)組負(fù)荷調(diào)整時(shí)，2 號機(jī)組的油泵打油間隔在僅5 ～6 min，這樣的時(shí)間間隔，較正常時(shí)減少了數(shù)倍，不但容易引發(fā)油泵故障，使得廠用電量和廠用電率超標(biāo)，同時(shí)也給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了極大風(fēng)險(xiǎn)（見表1）。

現(xiàn)場對調(diào)速系統(tǒng)電氣和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行反復(fù)檢查后發(fā)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備中導(dǎo)葉柜中接和主接有輕微抽動(dòng)現(xiàn)象，主接抽動(dòng)行程3 mm 左右，將調(diào)速器切手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，油泵運(yùn)行間隔能保持28 min 左右；電氣部分油壓屏停泵值偶爾出現(xiàn)未到正常停泵值4.0 MPa，但此數(shù)據(jù)并不固定，有時(shí)3.90 MPa，有時(shí)3.85 MPa；電調(diào)柜導(dǎo)葉平衡表電壓偏差基本維持在± 1.5 V 左右，當(dāng)槳葉平衡表電壓偏差超過±2.5 V時(shí)抽動(dòng)有所加劇，在通過調(diào)速器微調(diào)后，槳葉平衡表電壓偏差控制在±1.5 V 左右時(shí)抽動(dòng)略微減輕，但也僅能增加油泵運(yùn)行間隔時(shí)間3 ～4 min左右，效果不明顯。將機(jī)組調(diào)整到不同負(fù)荷區(qū)間進(jìn)行觀察，現(xiàn)象依舊。

表1各機(jī)組油泵相關(guān)數(shù)據(jù)

從表1 中可以看出，2 號發(fā)電機(jī)組的油泵運(yùn)行時(shí)間較其他機(jī)組明顯偏短，且油泵的間隔時(shí)間也較其他機(jī)組短很多。

3 排查分析

3.1 從機(jī)械部分排查分析

（1）對壓力油罐排油閥、補(bǔ)氣閥及油泵組合閥及各主油路及控制油路檢查未發(fā)現(xiàn)有漏油或漏氣現(xiàn)象。對各控制油路電磁閥從聲音判斷和漏油箱漏油管處觀察均未發(fā)現(xiàn)有串油現(xiàn)象。

（2）將導(dǎo)葉柜切至手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，中接和主接均無抽動(dòng)偏移現(xiàn)象。說明中接和主接油腔間密封完好，同時(shí)也排除比例伺服閥閥芯磨損、卡阻或回中彈簧機(jī)械受損導(dǎo)致閥體內(nèi)部串油的可能（如比例伺服閥因閥芯磨損、卡阻或未回中導(dǎo)致串油，那么在手動(dòng)情況下依然會(huì)串油，中接應(yīng)該會(huì)向開或向關(guān)的方向輕微動(dòng)作）。

（3）因機(jī)組大修不久，轉(zhuǎn)輪在大修期間耐壓試驗(yàn)效果非常好，受油器各部件運(yùn)行平穩(wěn)，也排除轉(zhuǎn)輪室各壓力油腔串油的可能。

通過以上3 點(diǎn)對各調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械部分導(dǎo)致油泵運(yùn)行頻繁的可能基本排除。

3.2 從電氣部分排查分析

（1）對油泵啟停時(shí)間觀察，正常情況從3.6 MPa 加壓到4.0 MPa 油泵運(yùn)行時(shí)間約48 s，偶爾出現(xiàn)壓力在3.85、3.9 MPa 停泵時(shí)，油泵運(yùn)行時(shí)間在30 ～36 s 左右，但這并不是油泵頻繁啟動(dòng)的根本原因；因?yàn)榧词褂蛪旱?.0 MPa 停泵，運(yùn)行間隔仍然在10 min 左右。

（2）通過對機(jī)組不同負(fù)荷區(qū)間調(diào)整，抽動(dòng)基本一致，沒有在某一區(qū)間穩(wěn)定的情況，基本排除旋轉(zhuǎn)變送器線性度出現(xiàn)問題的可能。

（3）對機(jī)組振動(dòng)情況進(jìn)行對比監(jiān)測，在負(fù)荷不調(diào)節(jié)時(shí)振動(dòng)非常微小，可以排除因振動(dòng)使旋變抖動(dòng)引起反饋誤差使調(diào)速器輸出對應(yīng)變化的可能。

（4）調(diào)速器自動(dòng)情況下，將導(dǎo)葉柜旋變脫離中接引導(dǎo)固定在某一個(gè)位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)中接緩慢向關(guān)方向動(dòng)作（對另兩臺機(jī)組做同樣試驗(yàn)，中接保持不動(dòng)），說明反饋無變化的情況下，比例伺服閥伺服線圈接收到動(dòng)作信號。

（5）最后觀察調(diào)速器觸摸屏的運(yùn)行監(jiān)視窗口，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉平衡表和槳葉平衡表的電壓值左右漂移范圍較大，而該平衡表所指示的正是PCC 的控制調(diào)節(jié)輸出信號；這表示調(diào)速器在不斷的調(diào)節(jié)輸出來保證并網(wǎng)后的頻率、開度在正?？刂频姆秶鷥?nèi)（正好與第4 點(diǎn)現(xiàn)象相符）。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果拔出導(dǎo)葉比例伺服閥的控制閥頭后，導(dǎo)葉柜中間接力器也完全停止了抽動(dòng)；而導(dǎo)葉不抽動(dòng)時(shí)，油泵的運(yùn)行間隔能到1 h 以上。

3.3 綜合分析

綜合以上排除分析，基本將次要故障原因歸咎于油泵控制系統(tǒng)啟停不正常，而主要原因鎖定到調(diào)速器電控部分；也就是說從調(diào)速器電柜到機(jī)柜伺服閥線圈這一段，而電控部分發(fā)生故障的可能原因較多，通過分析之后，有以下幾點(diǎn)：

（1）旋轉(zhuǎn)位移變送器反饋錯(cuò)誤或出現(xiàn)非線性，導(dǎo)致反饋開度與實(shí)際開度產(chǎn)生誤差，使得調(diào)速器誤認(rèn)為沒有調(diào)節(jié)到位，導(dǎo)葉副環(huán)產(chǎn)生控制輸出，不斷調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度數(shù)值（從不同負(fù)荷區(qū)間調(diào)節(jié)運(yùn)行試驗(yàn)看，此項(xiàng)應(yīng)作排除）。

（2）測頻回路出現(xiàn)干擾，頻率出現(xiàn)測量偏差，導(dǎo)致主環(huán)調(diào)節(jié)信號動(dòng)作，控制導(dǎo)葉副環(huán)輸出調(diào)節(jié)開度。

（3）調(diào)速器PID 參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致調(diào)速器控制輸出長期圍繞目標(biāo)值調(diào)整，從而超出死區(qū)范圍動(dòng)作到導(dǎo)葉伺服線圈上。

（4）導(dǎo)葉功放板故障，產(chǎn)生錯(cuò)誤的伺服線圈動(dòng)作電流，使比例伺服閥閥芯不能回到中位。

（5）控制回路受到干擾或其它原因，使得伺服閥線圈誤動(dòng)作。

（6）比例伺服閥伺服反饋出現(xiàn)誤差或伺服反饋受到干擾，導(dǎo)致電磁閥閥芯中位反饋信號與實(shí)際不一致。

（7）比例伺服閥線圈部分故障。

4 處理過程

關(guān)于次要故障原因，通過更換壓力傳感器和油泵控制程序優(yōu)化得以排除，這里不作討論，以下介紹一下主要故障原因的處理過程。

在調(diào)速器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)中，通過導(dǎo)葉副環(huán)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，設(shè)定不同的導(dǎo)葉開度目標(biāo)值進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)節(jié)，觀察實(shí)際動(dòng)作過程并記錄下PID 調(diào)節(jié)曲線（見圖2）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在各種大小擾動(dòng)調(diào)節(jié)中，曲線平滑良好，導(dǎo)葉開度接近目標(biāo)值的時(shí)間非常好，到達(dá)目標(biāo)死區(qū)范圍后即不再調(diào)節(jié)，實(shí)際反饋誤差和給定值非常接近，在0.01 ～0.05 之間。

而通過副環(huán)調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉的位移反饋值也并未出現(xiàn)跳動(dòng)、偏差和非線性，現(xiàn)場觀察無論是在開機(jī)運(yùn)行還是靜態(tài)試驗(yàn)下，調(diào)速器系統(tǒng)在目標(biāo)值死區(qū)范圍內(nèi)均無控制信號改變輸出，頻率信號也很穩(wěn)定，所以綜合分析中的（1）、（2）、（3）點(diǎn)均被排除。為排除功放板故障，將2 號機(jī)組導(dǎo)葉功放板與3 號機(jī)組功放板進(jìn)行了對調(diào)（對調(diào)前后都對功放各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量記錄），更換后在開機(jī)狀態(tài)下調(diào)速器抽動(dòng)現(xiàn)象依舊，將第（4）點(diǎn)原因也排除。

為檢測控制回路是否受到干擾，直接從導(dǎo)葉控制輸出處單獨(dú)布屏蔽良好的專用線纜直接接到導(dǎo)葉柜端子排（在接線過程中，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉柜端子接線板的伺服閥開入信號端子嚴(yán)重松動(dòng)，考慮到對伺服線圈較大的電流推動(dòng)，接觸不好也會(huì)影響電流的電磁力驅(qū)動(dòng)。另外，伺服閥驅(qū)動(dòng)和反饋回路屏蔽線均未按規(guī)范做接地處理），接線后仍發(fā)現(xiàn)有輕微抽動(dòng)；因時(shí)間較緊，未做長時(shí)間運(yùn)行對比觀察，所以將端子松動(dòng)和未屏蔽處理列為懷疑對象之一。

對于綜合分析中的（6）、（7）點(diǎn)，我們直接采取更換比例伺服閥的辦法，并對原接線端子逐一檢查緊固，對屏蔽線做了良好接地，以消除外部相鄰電路可能帶來的干擾。

完成上述措施后，在保證導(dǎo)葉不會(huì)誤動(dòng)的情況下（油壓裝置主油路閘閥關(guān)閉，中間接力器機(jī)械開限全關(guān)），再次對調(diào)速器進(jìn)行靜態(tài)和開機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)抽動(dòng)故障解決，電柜顯示面板上的導(dǎo)葉平衡表基本不再左右漂動(dòng)，保持在一個(gè)微小的偏置狀態(tài)（關(guān)方向0.5 V 左右）；導(dǎo)葉控制系統(tǒng)在無調(diào)節(jié)信號時(shí)中接和主接穩(wěn)定在固定位置無任何抽動(dòng)。經(jīng)過處理后幾個(gè)月運(yùn)行情況觀察，油泵運(yùn)行間隔保持在60 ～70 min 之間。至此，調(diào)速器抽動(dòng)致使壓力油泵頻繁啟動(dòng)故障得以解決（見表2）。

因此，我們將此次故障鎖定為比例伺服閥伺服反饋或閥頭驅(qū)動(dòng)線圈部分異常導(dǎo)致調(diào)速器不斷輸出調(diào)節(jié)信號所致。

表2更換比例伺服閥后，機(jī)組不同狀態(tài)下測量數(shù)據(jù)

5 經(jīng)濟(jì)效益

此次2 號發(fā)電機(jī)組調(diào)速器抽動(dòng)故障的徹底解決，提高了該機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，減少了電網(wǎng)設(shè)備事故損失；同時(shí)減少了設(shè)備事故發(fā)生率，獲得電量收益。

（1）按故障停機(jī)更換比例伺服閥及調(diào)速器做靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，搶修需停機(jī)時(shí)間約5 h，而此次故障排查處理及時(shí)，減少損失電量約8 萬kW·h。

（2）單臺油泵運(yùn)行間隔時(shí)間由原來的10 min增加到60 min 以上，以油泵功率37 kW 計(jì)算，一年能節(jié)約廠用電量約3 萬kW·h。

（3）油泵運(yùn)行間隔時(shí)間的增長，有效減少了油泵長期運(yùn)行導(dǎo)致的磨損、發(fā)熱等，大大延長了油泵使用壽命。

（4）調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，杜絕了油泵故障導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為機(jī)組長期滿發(fā)穩(wěn)供和降低故障停機(jī)臺數(shù)打下了良好基礎(chǔ)。

6 結(jié) 語

為了保證電網(wǎng)頻率正常調(diào)節(jié)及機(jī)組過速事故下緊急動(dòng)作，調(diào)速器內(nèi)部運(yùn)行涉及的參數(shù)復(fù)雜，各項(xiàng)參數(shù)都是通過逐項(xiàng)實(shí)驗(yàn)得出，與當(dāng)前設(shè)備工況相匹配，各參數(shù)間相互作用配合，牽一發(fā)動(dòng)全身，非專業(yè)技術(shù)人員禁止修改。

三星水電站的此次調(diào)速抽動(dòng)故障與大多數(shù)的抽動(dòng)案例有所區(qū)別，它沒有出現(xiàn)明顯的負(fù)荷變化情況，但如果不加以處理，對設(shè)備長期穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行會(huì)造成非常惡劣的影響。為了避免調(diào)速系統(tǒng)的類似故障再次發(fā)生，機(jī)組大修或大修后必須注意以下事項(xiàng)：一是調(diào)速器各項(xiàng)試驗(yàn)必須如實(shí)進(jìn)行，并做好數(shù)據(jù)收集備案。二是控制回路各個(gè)轉(zhuǎn)接端子的緊固情況必須仔細(xì)檢查審核，并盡量減少轉(zhuǎn)接次數(shù)。三是重要控制回路一定選擇屏蔽良好的專用線纜，屏蔽線是否有效單端接地都要全面檢查。四是大修期間，精密儀器部件需專人檢查清潔，并做好防異物進(jìn)入的保護(hù)措施。五是定期對導(dǎo)、槳葉濾油部件進(jìn)行更換，確保油質(zhì)良好。