２０１４年第４期 水电与新能源 总第１１８期 ２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ４ ＨＹＤＲＯＰ０ＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ Ｔｏｔａｌ ＮＯ．１１８ ＤＯＩ：１０．１３６２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２—１８００／ｌｖ．１６７１—３３５４．２０１４．０４．０２１ 飞来峡水电厂机组导叶开度异常波动原因分析 黄秀丽 （广东省飞来峡水利枢纽管理处，广东清远５１１８２５） 摘要：主要分析了飞来峡电厂４号机组在并网运行时因导叶位置反馈传感器故障引起导叶开度异常波动的原因，阐述 了故障分析、原因查找过程及改进措施。 关键词：飞来峡水电厂；导叶传感器；故障；对策 中图分类号：ＴＭ３０７：ＴＭ３１２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—３３５４（２０１４）０４—００６５—０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｂｎｏｒｍａｌ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｇｕｉｄｅ Ｖａｎｅｓ ｉｎ Ｆｅｉｌａｉｘｉａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＨＵＡＮＧ Ｘｉｕｌｉ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｆｅｉｌａｉｘｉａ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｏｆｆｉｃｅ，Ｑｉｎｇｙｕａｎ ５１ １８２５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｂｎｏｒｍａｌ ｏｐｅｎｉｎｇ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅｓ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｇｒｉｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｏ．４ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｉｔ ｉｎ Ｆｅｉｌａｉｘｉａ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ．Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ￣ｅｄｂａｃｋ ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉＳ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆｅｉｌａｉｘｉａ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ｇｕｉｄｅ ｖａｎｅ ｓｅｎｓｏｒ；ｆａｕｌｔ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ 飞来峡水电站共装有４台（４×３５ ＭＷ）灯泡贯流 态，控制模式为功率调节模式，当时机组运行的净水头 式水轮发电机组，其中水轮发电机为奥地利ＥＬＩＮ公 为９．６１ ｍ，监控系统设定的有功功率为１３ ＭＷ，其对 司制造，水轮机为奥地利ＭＣＥ公司生产，机组额定转 应的导叶开度应为４５．９％。运行过程中发现监控系 速８３．３３ ｒ／ｍｉｎ，工作水头３．６ｌ～１３．８３ ｍ。水轮机调 统监视界面上４号机组的导叶开度在３５．３％一 速器采用奥地利ＭＣＥ公司ＭＩＰＲＥＧ ＤＧＣ ６００Ｃ ＰＩＤ数 ５０．６％之间不断地变化，现场检查４号机组调速器的 字式调速器，该微机调速器具有功率调节、开度调节、 导叶开度刻度盘刻度的变化基本与其相同。检查中控 转速调节和流量调节等调节模式，并网运行时，调速器 室监控系统中没出现有关报警信息，检查４号机组的 优先采用开度控制方案。输入微机调速器的信号有机 现地控制单元触摸屏和调速器终端也无任何报警信 组转速、机组输出功率、通过转轮的流量，以及导叶和 息，但导叶接力器和调速系统的导叶比例阀均频繁动 桨叶接力器反馈信号，此外还有计算机监控系统现地 作，调速器油压装置的备用油泵频繁起动。 单元的开关量信号等。同时，调节器将控制信号输出 １．２故障原因查找及分析 给水轮机导叶和轮叶随动系统。 故障发生后，对４号机组的故障现象作如下分析 １故障及原因 判断，并进行了相应的测试。 １）由于机组并网运行时为功率调节模式，机组输 １．１ 故障 出功率跟随监控系统设定的有功功率，机组导叶开度 ２０１３—０５—２８Ｔ２１：０８，４号机组处于并网运行状 会跟随净水头变化而有所变化。但电站的水头不会发 收稿日期：２０１３—１２—１９ 作者简介：黄秀丽，女，工程师，主要从事电站运行工作。 ６５ 水电与新能源 生突变，而在发生异常情况时，确认没有人为进行更改 机组的有功功率参数，因此排除主观原因促使机组的 导叶开度产生变化。当然，若有功功率变送器故障或 设定功率和功率反馈信号比对的模块出现波动时，也 会引起导叶开度的波动。但检查未发现功率变送器异 常，模拟量输入模块工作也正常，因此也可以排除功率 反馈信号异常。 ２）为了进一步查找故障原因，将调速器的调节模 式改为开度调节，并设定导叶开度为４０％进行测试。 测试中发现导叶开度仍然波动明显，现场可观察到导 叶接力器开度也有明显的摆动现象。 ３）根据该调速器控制逻辑框图１和调速器的机 械液压系统原理图２，将调速器控制方式设为手动控 制，使调速器退出自动控制，但导叶接力器开度指示波 动现象依然存在，而现场导叶接力器却没有摆动。 图１ 电气调速器控制逻辑框图 图２调速器的机械液压系统原理图 根据以上分析与测试，我们认为导叶位置反馈传 感器和调速器之间的电气连接是正常的，导叶位置反 馈信号并无受到任何干扰，接力器至导叶之间的机械 传递机构工作正常。因此，初步诊断原因为导叶位置 反馈传感器故障。 ２ 导叶位置反馈传感器故障分析 ２．１ 导叶位置反馈传感器结构及工作原理 飞来峡电厂的水轮机导叶位置反馈传感器采用多 ６６ ２０１４年第４期 卷电位器，它主要由恒力弹簧、十圈电位器及信号转换 模块等３部分构成。钢丝绳一端固定在导叶控制环连 臂杆上，另一端缠绕并固定在钢丝绳活动转盘上，靠恒 力弹簧的力量始终拉紧钢丝绳。 运行中随着钢丝绳活动转盘转动，十圈电位器电 阻值发生改变，再通过信号转换模块将电位器的电阻 值转换为电流值，将导叶位置反馈传感器输出４～ ２０ ｍＡ的电流反馈给调速器，其对应的导叶实际开度 为１００％～０％。导叶位置传感器原理如图３所示。 卜卜 ＰＭＵ Ｐ．Ｐｕｓｈ—ｂｕｔｔｏｎ Ｏｆｆ Ｉｅ【广ｌ１ ＋ ．．—．－．．－．—． ．．．．．—．－．．－ ｕｆ，－ｓ ｈ．－—．－ｂ．ｕ—．ｔ．ｏ—， ｎ— ．，Ｇ．一ａｊｎ 斟 Ｕ Ｖ，ＵＮ【Ｊ 图３导叶位置传感器原理图 ２．２导叶位置反馈传感器故障分析及测试… 因导叶位置反馈传感器工作环境潮湿，或因机组 其它设备漏水，滴落在传感器上，容易引起传感器内的 电子元件性能不良产生波动，使导叶反馈给调速器的 电信号产生波动，也会引起导叶接力器开度波动。另 外，导叶位置反馈传感器钢丝绳的活动转盘没有防震 设施易发卡，如果有轻微卡阻也会产生导叶接力器开 度波动。 为此，单独对导叶位置反馈传感器进行测试，测试 发现其输出的４～２０ ｍＡ模拟量信号也是在波动状 态，说明反馈给调速器的电信号也是在波动状态。 经现场检查，导叶位置反馈传感器钢丝绳的活动 转盘中未发现钢丝绳散落或拉伤情况，但导叶位置反 馈传感器工作的环境十分潮湿，故最终诊断为传感器 工作环境潮湿，致使电位器滑动电阻线性不良引起导 叶位置反馈传感器输出信号波动，使综合后的调节信 号也跟随波动，并通过电液转换器不断地修改导叶开 度，轮叶也根据机组的协联关系作相应的变化。如果 这种故障不及时处理，最终可能会导致机组发生重大 事故。 ３ 现场处理及改进措施 ３．１ 现场处理 １）根据以上分析测试结果，对４号机组进行停机 黄秀丽：飞来峡水电厂机组导叶开度肆常波动原因分析 ２０１４年４月 检查处理。 ４）将调速器并网控制模式优先选择为功率调节 模式，以便更符合电站实际运行情况。 ２）用检验合格的反馈传感器备品更换４号机组 的导叶位置传感器和连接附件，并采取了防水措施，重 新调整导叶位置传感器４～２０ ｍＡ的模拟量与导叶实 际开度为１００％～０％对应关系，更换处理完成后，机 组重新起动并网发电，经观察机组运行正常，没再出现 以上述的故障问题，解决了４号机组导叶开度波动的 故障现象。 ３．２改进措施 ４结语 水轮机导叶接力器位置反馈传感器的可靠性是确 保机组安全稳定运行的重要自动化设备，其检修质量、 运行环境及其电子元件本身质量等都会影响到机组可 靠运行。由于此次导叶接力器位置反馈传感器故障电 流值未超出４～２Ｏ ｍＡ的范围，没有造成电气跳闸动 作，未对电厂造成损失。因此，保证自动化元器件本身 的质量，改善设备的运行环境，以及根据运行实际情 况，定期对水轮机及相关辅助设备进行维护检查是非 常必要的。 １）数字调速器性能有待进一步完善，当导叶位置 传感器反馈电流值小于４ ｍＡ时，即为导叶全开 （１００％开度），此时不应当把信号当作０处理。 ２）在数字调速器程序嵌入一中断处理程序，以便 当机组出现过速时，可调用该ｑ】断处理程序，以便向电 液转换器输出一强行关闭导叶和开大桨叶转角 信 号，以降低过速转速。 ３）对机组导叶、轮叶位置Ｊ乏馈传感器以及机组净 参考文献： ［１］蔡维由．中小型水轮机调速器的原理调试与故障分析处理 ［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００６ 水头测量装置，采用冗余技术，实现故障情况下自动 切换。 ．［２］李国晓．水轮机调速器运行与维护［Ｍ］．北京：中国水利 水电ｌ出版社，２０１２ ‘ ． 龇 舢 舢 ．１ （上接第５７页） 参考文献： ［１］孟佐宏，吴小林．一起机组停机过程中导叶开启机组过速 事故的调查分析［Ｊ］．水电厂自动化，２００９，３０（３）：４８— ５１ 组在任何情况下都能安全稳定运行，科研单位应加强 小网运行控制能力研究，运行维护单位应加强特殊工 况事故的预想。 ［２］牟明．一起水轮发电机过速原因分析和处理［Ｊ］．水电自 动化与大坝监测，２０１１，３５（５）：２８—３０ ［３］张冬生，王烈刚，郑钰，等．水轮机过速事故的案例回顾 ３）对存在安全隐患的设备应及时进行设备改造， 确保设备在任何情况下都能安全可靠运行。 舢 舢 及原因分析［Ｊ］．水电与新能源，２０１３（３）：５３—５５ ．Ｓ ．１屯．Ｓ （上接第６４页） 接地分析，用液压拉伸压紧螺杆时，出现拉伸螺杆崩口 的现象。本文提出了定子铁芯的叠压系数改进计算方 法和提高定子铁芯拉紧螺杆的强度的措施，对现场正 确计算铁芯的叠压系数和保证铁芯的叠压质量、防止 出现拉伸螺杆时发生崩口现象有较好的参考意义。 参考文献： ［１］孙宝均．机械设计基础［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９７ 车削时那样被切断，其次冷墩头部因冷作硬化而使螺 纹表面层留有残余压应力，故螺纹的强度比车削的高。 螺栓可以通过渗氮、液体碳氮共渗、喷丸处理，都能提 高螺栓的疲劳强度。 ３ 结语 定子铁芯的叠压系数和有效铁芯的压紧强度，是 衡量铁芯叠装质量的两个重要指标，在施工中也能问 ［２］刘云．水轮发电机故障处理与检修［Ｍ］．北京：中国水利 水电出版社，２００２ ６７