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水輪機調(diào)速器典型電氣故障案例分析及處理要點

文檔作者：唐亞波文檔來源：四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月30日
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上一篇：水輪機調(diào)速器通信故障診斷處理及防范措施

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74
第40卷第7期
2017年7月
水電站機電技術(shù)
Mech肌ical＆Electrical Technique of Hydmpower Station
V01．40 No．7
Jul．2017
水輪機調(diào)速器典型電氣故障案例分析及處理要點
唐亞波
(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川甘孜626001)
摘要：闡述了水輪機調(diào)速器典型電氣故障案例的發(fā)生過程，分析了故障發(fā)生的原因，提出了故障的處理辦法和注
意事項，為水電站調(diào)速器維護人員提供了故障處理參考方案。
關(guān)鍵詞：水電廠；調(diào)速器；電氣故障；處理案例
中圖分類號：TK730．4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1672—5387(2017)07—0074一04
D0l：10．13599／j．cnki．11—5130．2017．07．023
0前言
水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)是由調(diào)節(jié)控制器、液壓隨動系
統(tǒng)和調(diào)節(jié)對象組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。通常我們把調(diào)
節(jié)控制器和機械液壓系統(tǒng)稱為水輪機調(diào)速器。水輪
機調(diào)速器作用是保證水輪發(fā)電機的頻率穩(wěn)定、維持
電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡，并根據(jù)操作控制命令完成各種
自動化操作，是水電站的重要基礎(chǔ)控制設(shè)備。在水輪
機調(diào)速器構(gòu)成中，目前可編程控制器以其高度的可
靠性成為調(diào)節(jié)器構(gòu)成首選【11；機械液壓系統(tǒng)中的電液
轉(zhuǎn)換器件主要有電機類、比例伺服閥類、數(shù)字閥等幾
類。
目前水輪發(fā)電機調(diào)速器采用高可靠性的可編程
控制器等作為調(diào)節(jié)器，并設(shè)計了少量的合理外圍電
路，電氣部分故障率比較低，偶爾出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，
大部分是由于接觸不良、設(shè)置有誤、調(diào)速器部件產(chǎn)品
質(zhì)量問題和機械雜質(zhì)堵塞造成。本文分析了幾起典
型的調(diào)速器電氣故障案例，為維護人員迅速判斷故
障原因和故障部位及時排除故障提供參考。
1主配壓閥壓閥抽動
1．1故障現(xiàn)象
在無導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)指令的情況下，導(dǎo)葉主配壓
閥上下擺動、頻率很快、幅度較大，能聽到液壓油流
過發(fā)出的“呲呲”聲。主配壓閥壓閥抽動危害較大，使
用油量大增，極端情況導(dǎo)致壓力油罐出現(xiàn)事故低油
壓，另外主配壓閥頻繁大幅度抽動勢必造成主配壓
閥機械部位磨損和松動。
1．2原因分析
(1)調(diào)節(jié)系數(shù)沒調(diào)好，對于比例伺服閥結(jié)構(gòu)的，
閉環(huán)調(diào)節(jié)中包含大環(huán)調(diào)節(jié)和小環(huán)調(diào)節(jié)。小環(huán)比例系
數(shù)調(diào)得太靈敏，會導(dǎo)致主配壓閥抽動。
(2)主配壓閥中位傳感器的問題，比例伺服閥型
的電液轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，在自動時必須用電氣方法使主配
壓閥壓閥復(fù)中，區(qū)別于手動或伺服電機型的主配壓
閥壓閥通過機械方式復(fù)中。如果主配壓閥中位傳感
器采集錯誤或誤差較大，將會導(dǎo)致電氣復(fù)中失敗，在
調(diào)節(jié)過程中，主配壓閥就會發(fā)生頻繁抽動。
1．3處理方法
將調(diào)速器導(dǎo)葉控制方式切至手動方式，用調(diào)試
筆記本連接PLC觀察導(dǎo)葉調(diào)速器導(dǎo)葉主配壓閥采
樣信號，觀察主配壓閥采樣是否在中位設(shè)定值，如果
在中位設(shè)定值說明不是主配壓閥傳感器的問題?？?
適當(dāng)修改小環(huán)系數(shù)，再將導(dǎo)葉控制方式切自動方式
觀察導(dǎo)葉抽動幅度大幅降低。開機至空轉(zhuǎn)，觀察開機
成功，導(dǎo)葉不抽動。
理論上說，適當(dāng)降低大環(huán)系數(shù)也有助于改善主
配壓閥的抽動情況，但是修改大環(huán)系數(shù)直接影響了
導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)速度，需要重新做調(diào)速器靜特性、空載試
驗，且在正常運行時，需要落進(jìn)水口檢修門，工作量
非常大，所需時間也比較長，一般電網(wǎng)難以批準(zhǔn)。機
組不在檢修期，一般情況下不宜修改大環(huán)系數(shù)。
如果聯(lián)機發(fā)現(xiàn)主配壓閥采樣不在中位設(shè)定值，
收稿日期：2017—04—27
作者簡介：唐亞波(1987一)，男，工程師，從事大型水電廠電氣設(shè)備
管理工作。
萬方數(shù)據(jù)
第7期唐亞波：水輪機調(diào)速器典型電氣故障案例分析及處理要點75
說明是主配壓閥壓閥傳感器的問題，直接更換傳感
器。現(xiàn)在的主配壓閥傳感器多采用磁致伸縮原理，最
好用進(jìn)口傳感器，以保障可靠性。
2比例伺閥發(fā)卡
2．1故障現(xiàn)象
正常的開機過程是兩段開機，調(diào)速器接收到計
算機監(jiān)控系統(tǒng)的開機令后在第一段開機過程將導(dǎo)葉
開啟至第一開機度，一般比空載開度要大，目的是盡
快的將轉(zhuǎn)速升至90％額定轉(zhuǎn)速附近，然后進(jìn)入第二
段開機過程，即當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至90％時，將導(dǎo)葉壓回
至第二開機度，然后根據(jù)頻差進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，將機組
轉(zhuǎn)速維持在50 Hz。筆者遇到的比例伺服閥發(fā)卡故
障發(fā)生時，在完成了第一開機過程后，在轉(zhuǎn)速上升至
90％后進(jìn)入第二開機度過程中，導(dǎo)葉無法關(guān)回而是
持續(xù)開啟，調(diào)速器報故障將導(dǎo)葉控制方式切至手動
方式。現(xiàn)場將導(dǎo)葉切自動，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開度繼續(xù)打開，
調(diào)速器又報故障切手動。判斷為比例伺服閥發(fā)卡在
開機側(cè)，使主配壓閥一直往下運動，導(dǎo)致導(dǎo)葉一直開
啟。
2．2原因分析
比例伺服閥型的調(diào)速器對油質(zhì)要求非常高，如
果調(diào)速器用油的油質(zhì)不是很理想，極容易導(dǎo)致比例
伺服閥卡塞。尤其是水電站機組安裝初期，調(diào)速器使
用的各個電磁閥、液控閥、主配壓閥壓閥、主機廠提
供的接力器及其相應(yīng)使用的管路、閥門等部件，在產(chǎn)
品出廠或運輸以及現(xiàn)場安裝時，容易在部件內(nèi)部保
留或產(chǎn)生雜質(zhì)，從而導(dǎo)致油質(zhì)出問題嘲。
2．3處理方法
比例伺服閥發(fā)卡的處理，需要做好油路的隔離
措施，主要是比例伺服閥管路泄壓，其次是保證導(dǎo)葉
處于關(guān)閉狀態(tài)，宜落下進(jìn)水口檢修門再處理。首先是
將壓力油管出口閥關(guān)閉，將比例伺服閥兩側(cè)閥門隔
離，將管道中的油路泄壓，然后更換比例伺服閥。
從長效管理來說，必須加強調(diào)速器用油的定期
濾油工作，有條件的可以安裝在線濾油機，實時濾
油，保證調(diào)速器用油的清潔度。
3斷路器位置信號誤報甩負(fù)荷
3．1故障現(xiàn)象
在調(diào)速器電氣控制信號中，斷路器的位置信號
是個非常關(guān)鍵的開關(guān)量信號。調(diào)速器空載至負(fù)載態(tài)
的判斷，主要取決于斷路器位置信號。如果在并網(wǎng)過
程中，斷路器位置信號誤報消失，會導(dǎo)致導(dǎo)葉壓回，
造成遛負(fù)荷事故。筆者在實際的維護工作中遇到過
一起斷路器位置信號消失的故障。筆者所在的電站
是四角星主接線圖，發(fā)電機在主變高壓側(cè)可以通過
兩個斷路器中任意一個斷路器并入電網(wǎng)。所以調(diào)速
器斷路器位置信號是兩個高壓側(cè)斷路器位置取“或”
邏輯后再與發(fā)電機出口斷路器取“與”邏輯。當(dāng)時高
壓側(cè)兩個斷路器有一個斷路器(代號為A斷路器)
在檢修，發(fā)電機(代號C發(fā)電機)通過另外一個斷路
器(代號為B斷路器)并入電網(wǎng)。在c發(fā)電機帶150
Mw負(fù)荷并網(wǎng)運行時，導(dǎo)葉突然關(guān)回至O開度，負(fù)荷
瞬間變?yōu)? Mw，而此時的發(fā)電機出口斷路器和高
壓側(cè)B斷路器均在合閘狀態(tài)。
3．2原因分析
檢修人員對A斷路器進(jìn)行輔助觸點更換工作，
導(dǎo)致c發(fā)電機調(diào)速器斷路器位置信號消失，瞬間導(dǎo)
葉從70％開度關(guān)到0，負(fù)荷壓空。理論上講C發(fā)電機
可以通過A斷路器或B斷路器任何一個斷路器并
人電網(wǎng)，B斷路器檢修不影響C發(fā)電機的正常運行。
但是問題就出在c發(fā)電機調(diào)速器斷路器位置取的
是A斷路器跟B斷路器“或”邏輯后再跟C發(fā)電機
出口斷路器位置取“與”邏輯，而A斷路器和B斷路
器的位置信號是公用一個公共端，所以在B斷路器
更換觸點工作的過程中，影響了B斷路器和A斷路
器位置信號的公共端電壓波動，導(dǎo)致信號丟失。
3．3處理方法
在機組正常并網(wǎng)發(fā)電時，嚴(yán)禁在斷路器信號回
路工作，防止信號丟失。另外，在調(diào)速器程序中做防
誤閉鎖，增加對發(fā)電機有功功率的判斷，如果發(fā)電機
有功功率大于某個基準(zhǔn)值(根據(jù)機組容量自行設(shè)
定)，即使發(fā)電機出口斷路器位置信號消失，也不應(yīng)
該執(zhí)行甩負(fù)荷程序。
4導(dǎo)葉開機故障
4．1故障現(xiàn)象
在日水頭變化較大的水電站中，導(dǎo)葉的第一開
機度和第二開機度要隨著水頭的變化而變化。如果
水頭有問題或者程序設(shè)計有問題，則會導(dǎo)致第一開
機度和第二開機度紊亂，影響正常開機。筆者遇到過
一次因為施耐德程序問題導(dǎo)致開機故障。在汛期時，
由于來水較大電站在泄洪，導(dǎo)致下游水位抬高，使水
萬方數(shù)據(jù)
76 水電站機電技術(shù)第40卷
頭降低至額定水頭以下，在低水頭下根據(jù)調(diào)速器設(shè)
置的水頭一開限表計算得到一個較高的第一開機
度。當(dāng)水頭恢復(fù)正常后，再次進(jìn)行開機操作時，出現(xiàn)
機組第一開機度過大，導(dǎo)致開機過速的情況。
4．2原因分析
目前采用施耐德PLc作為調(diào)速器控制器的水
電站，水頭開限表是一個插值運算表，根據(jù)若干組水
頭數(shù)組和開限數(shù)組進(jìn)行開限插值運算得出開機度。
施耐德插值運算表有個漏洞，如果水頭數(shù)組有兩組
一樣的數(shù)組，運算會出錯，水頭變化時開度不變化。
在汛期，因為泄洪導(dǎo)致水頭降低至最低水頭13 m，
因為前兩個數(shù)組都是13 m，導(dǎo)致運算出錯，當(dāng)水頭
上升時，第一開機度和第二開機度并不改變，還是維
持在13 m水頭下的第一開機度，導(dǎo)致水頭上升時第
一開機度過大，機組開機過速。
4．3處理方法
對于參數(shù)表這類問題，就必須在機組檢修時，對
涉及到的調(diào)速器參數(shù)，一一試驗，不能有漏項，發(fā)現(xiàn)
問題及時修改相關(guān)參數(shù)，當(dāng)然最根本的措施是源程
序廠家要保證運算模塊設(shè)計的完整|生，不能出現(xiàn)程
序漏洞。
5主配壓閥拒動節(jié)點信號誤報
5．1故障現(xiàn)象
當(dāng)機組因各種原因過速超過115％Ne(Ne為機
組額定轉(zhuǎn)速)時，如果導(dǎo)葉沒有迅速關(guān)回，將會導(dǎo)致
機組繼續(xù)過速，影響機組安全運行，此時調(diào)速器就會
報主配壓閥拒動信號至計算機監(jiān)控系統(tǒng)，計算機監(jiān)
控系統(tǒng)根據(jù)115％Ne轉(zhuǎn)速信號加上主配壓閥拒動信
號的判據(jù)，啟動115％Ne過速保護事故停機流程，將
導(dǎo)葉關(guān)回。筆者遇到的主配壓閥拒動信號誤動的情
況是在機組投產(chǎn)時做甩100％負(fù)荷實驗時出現(xiàn)的，
在甩100％負(fù)荷時，調(diào)速器并沒有出現(xiàn)拒動現(xiàn)象而
發(fā)出主配壓閥拒動信號，導(dǎo)致115％Ne過速保護誤
動。
5．2原因分析
主配壓閥位置接近開關(guān)動作原理：只能機械的
判斷主配壓閥拒動信號，即主配壓閥往下運動或者
保持中位時(開啟導(dǎo)葉時)動作，主配壓閥往上運動
(關(guān)回導(dǎo)葉時)時不報信號。見圖1，紅線是轉(zhuǎn)速信
號，藍(lán)線是導(dǎo)葉信號。
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圖1甩100％負(fù)荷轉(zhuǎn)速一導(dǎo)葉圖
在Al點，轉(zhuǎn)速第一次上升到115％額定轉(zhuǎn)速，
導(dǎo)葉關(guān)回，根據(jù)主配壓閥拒動接近開關(guān)動作原理，此
時主配壓閥拒動接近開關(guān)不動作。
在A2點，轉(zhuǎn)速第二次上升到115％額定轉(zhuǎn)速，
但是此時導(dǎo)葉已經(jīng)開啟，根據(jù)主配壓閥拒動接近開
關(guān)動作原理，主配壓閥拒動接近開關(guān)動作，水機保護
1 15％過速保護動作。
根據(jù)水輪發(fā)電機甩負(fù)荷過程，甩負(fù)荷后，轉(zhuǎn)速升
高，導(dǎo)葉以最快的速度關(guān)回，所以主配壓閥拒動信號
是不會報的，第一次轉(zhuǎn)速上升到1 15％額定轉(zhuǎn)速過
程是正常的。
而當(dāng)轉(zhuǎn)速從最大轉(zhuǎn)速下降的過程中，為了使轉(zhuǎn)
速不至于下降過低至45 Hz以下，調(diào)速器會自動在
轉(zhuǎn)速下降到115％額定轉(zhuǎn)速之前將導(dǎo)葉開啟，此時
主配壓閥拒動信號的動作是誤動作。
5．3處理方法
主配壓閥拒動條件必須是在115％Ne轉(zhuǎn)速點的
上升沿時進(jìn)行判斷才合理，而傳統(tǒng)的主配壓閥拒動
接近開關(guān)是純機械式的，沒有辦法加入轉(zhuǎn)速的判斷。
為克服傳統(tǒng)的主配壓閥位置接點動作不可靠的缺
點，可以在調(diào)速器程序中定義主配壓閥拒動條件。原
理是當(dāng)機組甩負(fù)荷后，調(diào)速器將導(dǎo)葉關(guān)回時，導(dǎo)葉開
度給定減去導(dǎo)葉實際開度為負(fù)值，而此時主配壓閥
位移減去中間位置也應(yīng)該為負(fù)值(往關(guān)方向運動)，
而此時如果主配壓閥位移減去中間位置為0或正
值，說明主配壓閥處于中間位置或往開方向動作位
置。綜合以上兩點，采用圖2進(jìn)行主配壓閥位置接點
判斷，可以在調(diào)速器程序中實現(xiàn)，圖中，YPID為導(dǎo)葉
開度給定，Y為實際導(dǎo)葉開度，y為主配壓閥位移。
(下轉(zhuǎn)第91頁)
萬方數(shù)據(jù)
第7期梁犁麗，等：中小河流洪水預(yù)警預(yù)報方法與應(yīng)用91
注：“人流ln”表示人流塊到預(yù)報或模擬斷面的河道匯流
分段數(shù)。
3結(jié)論及建議
本文立足于中小河流洪水預(yù)警預(yù)報技術(shù)方法，
首先從集總式水文模型、分布式水文模型和其他經(jīng)
驗方法分別進(jìn)行了探討，結(jié)果認(rèn)為：集總式水文預(yù)報
模型和經(jīng)驗預(yù)報方法結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)少、方便易用，
在中小河流預(yù)警預(yù)報業(yè)務(wù)中仍然占有重要位置；分
布式水文模型具有應(yīng)用潛力，但目前還不能大規(guī)模
用于洪水預(yù)報業(yè)務(wù)；其次結(jié)合典型實例分析了中小
河流預(yù)警預(yù)報方案編制的主要內(nèi)容，說明了預(yù)警預(yù)
報方法的選擇和應(yīng)用。
中小河流洪水預(yù)警預(yù)報方法較多，需要根據(jù)流
域能夠獲得的雨量、水文、下墊面、洪水特性、相似流
域預(yù)報方案等資料情況綜合考慮選擇具體方法建立
預(yù)警預(yù)報方案，方案構(gòu)建時還應(yīng)考慮上游水利工程
調(diào)度對洪水預(yù)報的影響。
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290—295
(上接第76頁)
圖2主配壓閥位置信號判斷流程圖
6結(jié)語
調(diào)速器是電廠發(fā)電機組的控制中心，對機組的
安全高效運行起著至關(guān)重要的作用，必須在實際的
運維實踐中不斷地進(jìn)行總結(jié)，通過對幾起典型調(diào)速
器電氣故障的案例進(jìn)行分析，這些實踐經(jīng)驗幫助檢
修人員及時正確地判斷和處理了調(diào)速器的各種故
障，有效減少了調(diào)速器故障所帶來的損失，保障了發(fā)
電機組安全可靠的運行，希望對調(diào)速器維護人員帶
來一定的參考意義。當(dāng)然，隨著自動化水平的提高，
相信調(diào)速器電氣控制設(shè)備在設(shè)計、產(chǎn)品的先進(jìn)陛和
可靠性上會取得更大的提高，如何研究高自動化水
平下的調(diào)速器設(shè)備的維護方法將是需要考慮的問
題。
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