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摘要：为了充分利用自然资源，我国目前已经建立多个水电站，而水电站为我们提供生产所需的电能，其功劳不可小觑。而水轮发电机是水电站电力生产的主要设备，而调速器是水轮发电机组中调节机组转速的关键部位，这两者之间有着密切的关联。只有严格保证调速器的正常运转，水轮发电机才能够正常发电。而当前形势下，由于各方面的原因以至于水轮发电机组调速器出现故障，进而影响到水电站的生产效益和经济效益。基于此，文中笔者结合自身工作经验对引起调速器故障的一系列原因进行了简要的探讨。
关键词：水轮发电机组、调速器、故障分析
中图分类号：TK26 文献标识码：A
一、前言
在水电站的电力生产过程中，水轮发电机组是必不可少的设备。现如今水电站的建设已经能够为我们提供生产生活所需的电能。而水轮发电机组中的调速器这一设备却常常会出现一些故障影响到其正常运行，进而对电能的生产产生一定的影响。因此，加强对水轮发电机组中调速器常见故障的研究非常必要。
二、故障分析
某水电站的水轮发电机组是采用比例数字阀式水轮机调速器作为调节转速的主要动力，为了能够提高发电机组的运行效率，我们对发电机组的5号机进行了调速器改造。但在改造后投入使用时，却发现该机器的主配压阀抽动现象较为严重，严重影响了机组的发电性能。在维修检查中，我们试着将其主配放大系数较小后，发现抽动现象不再发生。但经过一个多月的运行之后，该机组又开始出现抽动现象，并且有功波动更加频繁，在进行相关参数调节后发现，有功为114MW时，波动依然较为频繁，直到有功调节为108MW时，波动现象才稍有缓解。为此我们判定导致其出现抽动的原因可能是主配压阀的反馈位移传感器有问题，因而将其进行了更换。但好景不长，仅仅过了一周，发电机组再次出现抽动故障，为了能够彻底解决这一故障问题，我们对该发电机组进行了仔细全面的检查分析，以期找出引起调速器故障的根本原因。
三、抽动类型
现场检查发现，机组开机、空载或运行自动平衡状态下，导叶接力器等幅或非等幅周期性快速往复位移，伴有响声，抽动幅度大，快速高频。其结果影响转速正常调节，负荷快速交变，严重危及电网、机组安全和稳定。一般多为电气故障（或计算机软件）、液压卡阻所致。
四、调速器主配压阀抽动故障原因分析
在对调速器的电气控制系统进行分析时，我们主要对其硬件和软件进行了分析研究。对于软件来讲，我们认为其滤波功能不够完善，且负载功率调节死区过小，这些问题都对主配压阀抽动故障的发生起到一定的推动作用。而对于硬件方面，我们利用一定的方法对其比例伺服阀的控制进行了计算，通过计算我们得出在发电机组正常运行的时候，调速器的整机放大系数、PID计算值、导叶开度反馈值、位移反馈方法系数以及位移反馈值等参数都应该是处于固定不变的状态中。但如果位移反馈值是一固定的工作点，调节完成后，主配压阀的阀芯回到中间位置，主配压阀位移传感器也回到零点位置，由于现在调速器主配位移传感器使用的是主配压位移传感器，该传感器是导电塑料电阻轨型，触点长时间在导电塑料导轨的某一点摩擦会造成接触不良。降低了主配压阀阀芯回到中间平衡位置的精度，造成调速器引导阀不可能回到中间平衡位置，而是在死区的临界位置来回波动，使得调速器调节频繁，引起主配压阀抽动。更换同型号的主配位移传感器，抽动现象暂时消失，运行一段时间后又会出现同样的情况，在不更换主配位移傳感器的情况下，通过调整调速器比例阀导叶开、关放大倍数和主配压阀位移反馈放大系数，可使抽动减弱，但抽动现象难以根本解决。导叶反馈位置安装不合理，水轮发电机组在开机时震动较大，导叶反馈与导叶接力器为拉杆式硬连接，从而导致反馈抖动较大，抖动变化值在0.3～0.8 之间。导叶反馈的抖动引起比例阀控制输出的迅速变化，由于导叶反馈的变化是震动干扰信号，控制系统无法进行收敛控制，比例阀控制输出的迅速变化导致调速器主配活塞的上下抽动。
五、故障排除解决措施
1、调速器系统硬件处理
（1）更换主配小反馈
采用大流量比例阀内部的反馈耐压型位移传感器，该位移传感器是根据差动变压器的原理工作的，套在线圈中的铁心在耐压管内移动，耐压管可以承受最大到31.5MPa的压力，能适应对压力介质中的某一段进行位移测量，测量过程是无接触和无磨损的，分辨率高且不受限制。放大器集成在阀体内，并根据相应的行程进行调节。传感器由DC12V电源供电，并产生0～DC10 V电压作为输出信号。
（2）导叶反馈传感器安装在振动相对较小位置
通过机械变换装置将导叶反馈传感器安装在水车室外，此处不会因水轮发电机组的振动而影响导叶反馈信号，避免了振动干扰。
（3）消除电磁干扰
检查并妥善处理调速器的电器柜壳体接地；外部直流继电器或电磁阀线圈加装反向并接续流二极管，接点两端并接阻容吸收器件。
2、调速器系统软件处理
（1）在PLC程序中对比例阀的滤波处理
在负载、非频率调节且开度偏差小于5 时，延时10S后进行比例阀滤波处理，其大小在触摸屏中可设置。
（2）对数字阀的控制进行修改
在数字阀调节进入开度死区时，进行延时输出，且延时时间在触摸屏中可设置。
（3）对调速器的控制
在调速器可编程逻辑控制器（PLC）进行相应处理。负载开度调节工况或者电手动工况下，假如控制输出与实际开度的差值小于3，则修改主配反馈放大倍数为1，并且当主配位移变化超过100个数的时候，限制其计算值最大为100。
（4）设置抖动报警功能
在程序中增加比例阀防抖动报警功能，对报警的幅值、抖动次数和时间在触摸屏中可设置。并将报警信号上送到监控上位机，便于运行人员监视。
5、处理效果分析
通过选取高可靠性，高测量精度的位移传感器，以及升级优化PLC程序，有效解决了水轮机调速器主配压阀抽动故障问题，从措施实施以来，该机组运行情况良好。
六、调速器故障的日常维护
水轮发电机组常见故障的确认与排除，一方面要依靠设备检修记录来查找易耗部件的磨损情况，来确认故障原因所在，另一方面也是最为重要的方面是需要维修人员不断积累经验，针对不同故障表现，找出适宜的检查方向，最终确定故障原因。这对于维修人员提出更高的要求，维修人员的经验在老式水轮发电机组的故障维修与排除中有着重要的意义。很多故障只有依靠经验才能查找到故障的真正原因。调速器日常维护的主要内容：监视油位、油温和油压，保证调速器及油压装置正常运行；调速器及油压装置用油适时处理、更换；及时清洗滤油器；注意各运行零件的润滑；定期检查紧固件及电气插件，防止松脱现象；调速器正常运行中不允许改变调节参数，定期检查各工作电源电压及信号源电压；防止灰尘、飞虫等进入。在生产实践中遇到的问题往往很复杂，原因也很多。这就要求除认真掌握调速器的基本原理外，对各种故障的表现形式、检查方法及处理对策等，都应全面地了解。另外，水力电站必须重视维修人员的技能培养以及待遇，通过提高维修人员待遇鼓励和提高技术人员加入到维修行业中来，为我国水力发电机组维护做好基础工作。
七、结语
综上所述，为了维护水轮发电机组的正常运行，做好对调速器的日常维护、确定其稳定性能非常重要。在出现问题后，及时找出产生问题的原因，当发生其他故障问题时，就需要我们及时采取有效的分析排除方法，来确定故障产生的根本原因，并采取合理科学的处理方法一次性解决这些故障问题，保证水轮发电机组的正常生产。
参考文献：
[1] 冯雁敏 张雪源：《水轮机调速器特性研究综述》，《水电能源科学》，2009年03期
[2] 孔繁臣：《水轮机调速器参数选定及调试中常见故障分析》，《广东水利水电》，2007年04期
[3] 刘昌玉 梁学磊：《水轮机调节系统被控对象模型辨识》，《水电能源科学》，2007年02期
[4] 吴岳鹏：《水电站发电机组常见故障以及维修》，《科技资讯》，2011年05期
关键词：水轮发电机组、调速器、故障分析
中图分类号：TK26 文献标识码：A
一、前言
在水电站的电力生产过程中，水轮发电机组是必不可少的设备。现如今水电站的建设已经能够为我们提供生产生活所需的电能。而水轮发电机组中的调速器这一设备却常常会出现一些故障影响到其正常运行，进而对电能的生产产生一定的影响。因此，加强对水轮发电机组中调速器常见故障的研究非常必要。
二、故障分析
某水电站的水轮发电机组是采用比例数字阀式水轮机调速器作为调节转速的主要动力，为了能够提高发电机组的运行效率，我们对发电机组的5号机进行了调速器改造。但在改造后投入使用时，却发现该机器的主配压阀抽动现象较为严重，严重影响了机组的发电性能。在维修检查中，我们试着将其主配放大系数较小后，发现抽动现象不再发生。但经过一个多月的运行之后，该机组又开始出现抽动现象，并且有功波动更加频繁，在进行相关参数调节后发现，有功为114MW时，波动依然较为频繁，直到有功调节为108MW时，波动现象才稍有缓解。为此我们判定导致其出现抽动的原因可能是主配压阀的反馈位移传感器有问题，因而将其进行了更换。但好景不长，仅仅过了一周，发电机组再次出现抽动故障，为了能够彻底解决这一故障问题，我们对该发电机组进行了仔细全面的检查分析，以期找出引起调速器故障的根本原因。
三、抽动类型
现场检查发现，机组开机、空载或运行自动平衡状态下，导叶接力器等幅或非等幅周期性快速往复位移，伴有响声，抽动幅度大，快速高频。其结果影响转速正常调节，负荷快速交变，严重危及电网、机组安全和稳定。一般多为电气故障（或计算机软件）、液压卡阻所致。
四、调速器主配压阀抽动故障原因分析
在对调速器的电气控制系统进行分析时，我们主要对其硬件和软件进行了分析研究。对于软件来讲，我们认为其滤波功能不够完善，且负载功率调节死区过小，这些问题都对主配压阀抽动故障的发生起到一定的推动作用。而对于硬件方面，我们利用一定的方法对其比例伺服阀的控制进行了计算，通过计算我们得出在发电机组正常运行的时候，调速器的整机放大系数、PID计算值、导叶开度反馈值、位移反馈方法系数以及位移反馈值等参数都应该是处于固定不变的状态中。但如果位移反馈值是一固定的工作点，调节完成后，主配压阀的阀芯回到中间位置，主配压阀位移传感器也回到零点位置，由于现在调速器主配位移传感器使用的是主配压位移传感器，该传感器是导电塑料电阻轨型，触点长时间在导电塑料导轨的某一点摩擦会造成接触不良。降低了主配压阀阀芯回到中间平衡位置的精度，造成调速器引导阀不可能回到中间平衡位置，而是在死区的临界位置来回波动，使得调速器调节频繁，引起主配压阀抽动。更换同型号的主配位移传感器，抽动现象暂时消失，运行一段时间后又会出现同样的情况，在不更换主配位移傳感器的情况下，通过调整调速器比例阀导叶开、关放大倍数和主配压阀位移反馈放大系数，可使抽动减弱，但抽动现象难以根本解决。导叶反馈位置安装不合理，水轮发电机组在开机时震动较大，导叶反馈与导叶接力器为拉杆式硬连接，从而导致反馈抖动较大，抖动变化值在0.3～0.8 之间。导叶反馈的抖动引起比例阀控制输出的迅速变化，由于导叶反馈的变化是震动干扰信号，控制系统无法进行收敛控制，比例阀控制输出的迅速变化导致调速器主配活塞的上下抽动。
五、故障排除解决措施
1、调速器系统硬件处理
（1）更换主配小反馈
采用大流量比例阀内部的反馈耐压型位移传感器，该位移传感器是根据差动变压器的原理工作的，套在线圈中的铁心在耐压管内移动，耐压管可以承受最大到31.5MPa的压力，能适应对压力介质中的某一段进行位移测量，测量过程是无接触和无磨损的，分辨率高且不受限制。放大器集成在阀体内，并根据相应的行程进行调节。传感器由DC12V电源供电，并产生0～DC10 V电压作为输出信号。
（2）导叶反馈传感器安装在振动相对较小位置
通过机械变换装置将导叶反馈传感器安装在水车室外，此处不会因水轮发电机组的振动而影响导叶反馈信号，避免了振动干扰。
（3）消除电磁干扰
检查并妥善处理调速器的电器柜壳体接地；外部直流继电器或电磁阀线圈加装反向并接续流二极管，接点两端并接阻容吸收器件。
2、调速器系统软件处理
（1）在PLC程序中对比例阀的滤波处理
在负载、非频率调节且开度偏差小于5 时，延时10S后进行比例阀滤波处理，其大小在触摸屏中可设置。
（2）对数字阀的控制进行修改
在数字阀调节进入开度死区时，进行延时输出，且延时时间在触摸屏中可设置。
（3）对调速器的控制
在调速器可编程逻辑控制器（PLC）进行相应处理。负载开度调节工况或者电手动工况下，假如控制输出与实际开度的差值小于3，则修改主配反馈放大倍数为1，并且当主配位移变化超过100个数的时候，限制其计算值最大为100。
（4）设置抖动报警功能
在程序中增加比例阀防抖动报警功能，对报警的幅值、抖动次数和时间在触摸屏中可设置。并将报警信号上送到监控上位机，便于运行人员监视。
5、处理效果分析
通过选取高可靠性，高测量精度的位移传感器，以及升级优化PLC程序，有效解决了水轮机调速器主配压阀抽动故障问题，从措施实施以来，该机组运行情况良好。
六、调速器故障的日常维护
水轮发电机组常见故障的确认与排除，一方面要依靠设备检修记录来查找易耗部件的磨损情况，来确认故障原因所在，另一方面也是最为重要的方面是需要维修人员不断积累经验，针对不同故障表现，找出适宜的检查方向，最终确定故障原因。这对于维修人员提出更高的要求，维修人员的经验在老式水轮发电机组的故障维修与排除中有着重要的意义。很多故障只有依靠经验才能查找到故障的真正原因。调速器日常维护的主要内容：监视油位、油温和油压，保证调速器及油压装置正常运行；调速器及油压装置用油适时处理、更换；及时清洗滤油器；注意各运行零件的润滑；定期检查紧固件及电气插件，防止松脱现象；调速器正常运行中不允许改变调节参数，定期检查各工作电源电压及信号源电压；防止灰尘、飞虫等进入。在生产实践中遇到的问题往往很复杂，原因也很多。这就要求除认真掌握调速器的基本原理外，对各种故障的表现形式、检查方法及处理对策等，都应全面地了解。另外，水力电站必须重视维修人员的技能培养以及待遇，通过提高维修人员待遇鼓励和提高技术人员加入到维修行业中来，为我国水力发电机组维护做好基础工作。
七、结语
综上所述，为了维护水轮发电机组的正常运行，做好对调速器的日常维护、确定其稳定性能非常重要。在出现问题后，及时找出产生问题的原因，当发生其他故障问题时，就需要我们及时采取有效的分析排除方法，来确定故障产生的根本原因，并采取合理科学的处理方法一次性解决这些故障问题，保证水轮发电机组的正常生产。
参考文献：
[1] 冯雁敏 张雪源：《水轮机调速器特性研究综述》，《水电能源科学》，2009年03期
[2] 孔繁臣：《水轮机调速器参数选定及调试中常见故障分析》，《广东水利水电》，2007年04期
[3] 刘昌玉 梁学磊：《水轮机调节系统被控对象模型辨识》，《水电能源科学》，2007年02期
[4] 吴岳鹏：《水电站发电机组常见故障以及维修》，《科技资讯》，2011年05期