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[摘 要]本文主要分析介绍了一起某水电厂因调速器主配压阀无规律抽动引起的事件，从自动控制原理入手对调速器发生抽动的原因进行分析和探讨，并针对避免出现类似情况提出建议及应采取的措施。
[关键词]调速器；FC5000 ；主配压阀；抽动
中图分类号：U262.27 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0036-02
1 前言
调速器是水电厂关键设备之一，调速器能否稳定运行关系到水电厂安全生产的各项指标。某水电厂对调速器系统进行了换型改造，新的调速器系统现采用GE公司开发的Micronet plus型调速器控制系统和GE公司生产的 FC5000型主配压阀，电液转换装置采用BOSH公司生产的NG6型比例伺服阀。整个系统为双冗余配置，可实现在线无扰动切换。
本文对该水电厂某次调速器系统主配抽动的典型故障处理、排查梳理过程进行了梳理，并从控制原理入手对调速器发生抽动的原因进行了分析和探讨，对提高机组的安全稳定运行起到积极作用。
2 故障简介
在某台机组运行过程中，水轮机调速器主配压阀出现剧烈抽动，主配LVDT（即Linear Variable Differential Transformer，是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器）导向杆无规律跳动，透平油产生振荡，主配压阀至接力器之间管路、法兰及附件遭受强烈震动，致使油管法兰焊接部分产生震裂、漏油现象。故障发生时调速器主配压阀伺服系统A套在线，B套备用。
3 故障初步定位
3.1 调速器机械液压部分
（1）主配压阀传感器可能松脱、测量信号输出可能未呈线性，或已损坏；
（2）主配压阀内部阀套可能松脱；
（3）比例伺服阀可能出现故障；
（4）控制油压不稳定，控制油路可能有漏油或窜油现象。
3.2 调速器电气控制部分
（1）主配压阀传感器可能存在零点飘移，放大器增益偏小或过于灵敏；
（2）调速器电源回路可能受到电磁干扰，传感器电缆屏蔽性能较差；
（3）MICRONET控制器的控制输出模块可能出现故障；
（4）外部输入信号、导叶行程反馈传感器、PT等反馈信号源可能故障。
4 排查处理过程
4.1 检查外围控制回路
对调速器外围控制回路硬连接进行检查，元器件完好，接线端子紧固未松脱，PT等反馈信号正常。
4.2 检查控制油路及油压
对控制油泄压后，对油路进行检查，无漏油或窜油现象；油压装置建压后，控制油压稳定，未发生波动。
4.3 检查主配压阀
主配压阀外观整体正常，主配压阀阀芯和阀套的配合进行了检查，确认阀套没有拉伤、拉毛的现象。
4.4 主配压阀传感器控制回路检查
首先从下面几个方面全面检查，以排除主配压阀传感器控制回路故障：检查A套主配压阀传感器和伺服比例阀反馈传感器电缆线是否有问题；检查A套主配压阀传感器插头是否松动，插头内部焊线松脱或触到外壳；检查A套反馈放大板和A套伺服比例阀是否存在故障。
在对A套伺服系统进行扰动试验（静态）时，发现大幅抽动现象复现，故判断主配压阀传感器控制回路异常。经检查，发现A套航空插头的插孔有明显压痕，A套主配压阀传感器的插针有歪斜现象，插针与插孔之间接触电阻过大，导致信号失真。
4.5 静态试验验证
油压装置建压后，拆除拐臂和连扳，使导叶具备动作的条件。在电气控制柜上，通过手动和自动施加导叶给定，对导叶手动、自动控制回路进行频率阶跃响应试验、负荷扰动试验，并未出现主配抽动、管路震动的故障现象。
4.6 故障最终原因
更换传感器和电缆线、插头后，重新调零，对调速器伺服系统进行扰动试验，一切正常。故判断，本事件的直接原因为主配压阀传感器、插头连接接触不良所导致的信号失真引起的故障。
5 故障原理分析
图1为该厂调速器导叶控制闭环原理框图，从该图中可以得出主配压阀传感器信号失真对控制系统的影响。
图中有两个调节闭环，外环为导叶给定和导叶行程反馈之间的负反馈软闭环，本次故障中，外部输入信号和导叶行程反馈信号均正常；内环为电气控制输出和主配压阀反馈信号之间的负反馈硬闭环，即故障所在。
主配压阀自身的闭环，是一个自稳定的伺服系统，即在没有施加外界电压或电流信号下（该厂控制方式是12mA为控制零点参考，该数值在伺服系统内做了电气偏置进行抵消），主配压阀依靠自身的闭环伺服控制，可以达到一个稳态。在自动控制原理中，一个稳定的、收敛的系统，常引入负反馈和输入信号进行叠加，叠加后的偏差经过PID运算，输出一个结果，这个结果乘以反馈系数作为反馈，和输入信号进行再次负向叠加，以抵消产生这种输出的原因。
如果反馈系数（反馈放大板上的增益）过大，意味着输入的信号很容易减小甚至被负反馈减掉，这样参与运算的输入量就很小，反映在控制上就很遲钝；反之，如果增益过小，意味着输入的信号不容易被反馈减掉，这样参与运算的输入就较大，反映在控制上就很灵敏。迟钝意味着慢和稳定，灵敏意味着快和不稳定。控制的关键点就是要找到两者一个平衡。
由于主配压阀伺服系统是个比例环节，没有积分，所以主配一旦稳定下来，是稳定在中位（主配反馈检测为0时）。主配中位意味着负反馈为零，这样输入和反馈都是0时，这个系统就是在某一个时间是稳定的。这种稳定有两个前提条件：零点的调整是准确的，反馈增益是合适的。否则稳定的结果和调节过程将很难理想。
如本例中的主配压阀传感器反馈放大信号失真，假设主配压阀反馈消失或者不变，主配压阀这个自身闭环系统的稳定性就被打破，成为不稳定的开环系统。这时，电气控制器根据每个工况的不同特点输出控制量，外环要起控制作用，调速器又要维持“导叶反馈”达到“导叶给定”。这样控制器就不断地比较导叶给定和导叶反馈的偏差，这个偏差经过PID参数计算输出4-20mA的电气信号，施加到主配压阀伺服系统这个环节上，但由于这个环节是不稳定的（即使外部无干扰，也不稳定），是发散的。伺服比例阀不断接受这个电气控制信号，不断驱动主配压阀，本身就不稳定的主配压阀伺服系统就会周期性的大幅震荡，以满足开度达到给定要求。
6 结束语
结合本次典型故障案例的梳理、故障排查、原因分析，建议水电厂在调速器检修期间，不仅需要关注常规的检修内容，更应重点加强调速器控制系统反馈环节的检查。如：主配压阀传感器、反馈放大器、导叶行程传感器、转速传感器等，以加强调速器系统的可控性，避免再次发生类似事件。
参考文献
[1] 马胜密.GE水轮机调速器在水电厂的运用及优化[J].科技资讯，2012（1）.
[2] 赵贵文.GE调速器在水力发电厂应用[J].云南电力技术，2010，38（4）.
[关键词]调速器；FC5000 ；主配压阀；抽动
中图分类号：U262.27 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0036-02
1 前言
调速器是水电厂关键设备之一，调速器能否稳定运行关系到水电厂安全生产的各项指标。某水电厂对调速器系统进行了换型改造，新的调速器系统现采用GE公司开发的Micronet plus型调速器控制系统和GE公司生产的 FC5000型主配压阀，电液转换装置采用BOSH公司生产的NG6型比例伺服阀。整个系统为双冗余配置，可实现在线无扰动切换。
本文对该水电厂某次调速器系统主配抽动的典型故障处理、排查梳理过程进行了梳理，并从控制原理入手对调速器发生抽动的原因进行了分析和探讨，对提高机组的安全稳定运行起到积极作用。
2 故障简介
在某台机组运行过程中，水轮机调速器主配压阀出现剧烈抽动，主配LVDT（即Linear Variable Differential Transformer，是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器）导向杆无规律跳动，透平油产生振荡，主配压阀至接力器之间管路、法兰及附件遭受强烈震动，致使油管法兰焊接部分产生震裂、漏油现象。故障发生时调速器主配压阀伺服系统A套在线，B套备用。
3 故障初步定位
3.1 调速器机械液压部分
（1）主配压阀传感器可能松脱、测量信号输出可能未呈线性，或已损坏；
（2）主配压阀内部阀套可能松脱；
（3）比例伺服阀可能出现故障；
（4）控制油压不稳定，控制油路可能有漏油或窜油现象。
3.2 调速器电气控制部分
（1）主配压阀传感器可能存在零点飘移，放大器增益偏小或过于灵敏；
（2）调速器电源回路可能受到电磁干扰，传感器电缆屏蔽性能较差；
（3）MICRONET控制器的控制输出模块可能出现故障；
（4）外部输入信号、导叶行程反馈传感器、PT等反馈信号源可能故障。
4 排查处理过程
4.1 检查外围控制回路
对调速器外围控制回路硬连接进行检查，元器件完好，接线端子紧固未松脱，PT等反馈信号正常。
4.2 检查控制油路及油压
对控制油泄压后，对油路进行检查，无漏油或窜油现象；油压装置建压后，控制油压稳定，未发生波动。
4.3 检查主配压阀
主配压阀外观整体正常，主配压阀阀芯和阀套的配合进行了检查，确认阀套没有拉伤、拉毛的现象。
4.4 主配压阀传感器控制回路检查
首先从下面几个方面全面检查，以排除主配压阀传感器控制回路故障：检查A套主配压阀传感器和伺服比例阀反馈传感器电缆线是否有问题；检查A套主配压阀传感器插头是否松动，插头内部焊线松脱或触到外壳；检查A套反馈放大板和A套伺服比例阀是否存在故障。
在对A套伺服系统进行扰动试验（静态）时，发现大幅抽动现象复现，故判断主配压阀传感器控制回路异常。经检查，发现A套航空插头的插孔有明显压痕，A套主配压阀传感器的插针有歪斜现象，插针与插孔之间接触电阻过大，导致信号失真。
4.5 静态试验验证
油压装置建压后，拆除拐臂和连扳，使导叶具备动作的条件。在电气控制柜上，通过手动和自动施加导叶给定，对导叶手动、自动控制回路进行频率阶跃响应试验、负荷扰动试验，并未出现主配抽动、管路震动的故障现象。
4.6 故障最终原因
更换传感器和电缆线、插头后，重新调零，对调速器伺服系统进行扰动试验，一切正常。故判断，本事件的直接原因为主配压阀传感器、插头连接接触不良所导致的信号失真引起的故障。
5 故障原理分析
图1为该厂调速器导叶控制闭环原理框图，从该图中可以得出主配压阀传感器信号失真对控制系统的影响。
图中有两个调节闭环，外环为导叶给定和导叶行程反馈之间的负反馈软闭环，本次故障中，外部输入信号和导叶行程反馈信号均正常；内环为电气控制输出和主配压阀反馈信号之间的负反馈硬闭环，即故障所在。
主配压阀自身的闭环，是一个自稳定的伺服系统，即在没有施加外界电压或电流信号下（该厂控制方式是12mA为控制零点参考，该数值在伺服系统内做了电气偏置进行抵消），主配压阀依靠自身的闭环伺服控制，可以达到一个稳态。在自动控制原理中，一个稳定的、收敛的系统，常引入负反馈和输入信号进行叠加，叠加后的偏差经过PID运算，输出一个结果，这个结果乘以反馈系数作为反馈，和输入信号进行再次负向叠加，以抵消产生这种输出的原因。
如果反馈系数（反馈放大板上的增益）过大，意味着输入的信号很容易减小甚至被负反馈减掉，这样参与运算的输入量就很小，反映在控制上就很遲钝；反之，如果增益过小，意味着输入的信号不容易被反馈减掉，这样参与运算的输入就较大，反映在控制上就很灵敏。迟钝意味着慢和稳定，灵敏意味着快和不稳定。控制的关键点就是要找到两者一个平衡。
由于主配压阀伺服系统是个比例环节，没有积分，所以主配一旦稳定下来，是稳定在中位（主配反馈检测为0时）。主配中位意味着负反馈为零，这样输入和反馈都是0时，这个系统就是在某一个时间是稳定的。这种稳定有两个前提条件：零点的调整是准确的，反馈增益是合适的。否则稳定的结果和调节过程将很难理想。
如本例中的主配压阀传感器反馈放大信号失真，假设主配压阀反馈消失或者不变，主配压阀这个自身闭环系统的稳定性就被打破，成为不稳定的开环系统。这时，电气控制器根据每个工况的不同特点输出控制量，外环要起控制作用，调速器又要维持“导叶反馈”达到“导叶给定”。这样控制器就不断地比较导叶给定和导叶反馈的偏差，这个偏差经过PID参数计算输出4-20mA的电气信号，施加到主配压阀伺服系统这个环节上，但由于这个环节是不稳定的（即使外部无干扰，也不稳定），是发散的。伺服比例阀不断接受这个电气控制信号，不断驱动主配压阀，本身就不稳定的主配压阀伺服系统就会周期性的大幅震荡，以满足开度达到给定要求。
6 结束语
结合本次典型故障案例的梳理、故障排查、原因分析，建议水电厂在调速器检修期间，不仅需要关注常规的检修内容，更应重点加强调速器控制系统反馈环节的检查。如：主配压阀传感器、反馈放大器、导叶行程传感器、转速传感器等，以加强调速器系统的可控性，避免再次发生类似事件。
参考文献
[1] 马胜密.GE水轮机调速器在水电厂的运用及优化[J].科技资讯，2012（1）.
[2] 赵贵文.GE调速器在水力发电厂应用[J].云南电力技术，2010，38（4）.