水轮机调速系统应用与故障维修探究
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摘要：随着近些年水电行业的不断发展，水利设施设备也在不断推陈出新，直接关系到水利工程的稳定运行。水轮机是水电行业的关键控制设备，关系到整个机组的发电过程，因此对水轮机调速系统的应用研究非常重要，本文在水轮机调速系统应用和基本结构分析的基础上，对水轮机常见故障和维修进行深入分析和探讨。
关键词：水轮机；调速系统；故障
前言
喜河水电站位于石泉县境内（距石泉县城公路里程46Km），装机3×60MW，多年平均发电量4.922亿kw.h，电站水库正常蓄水位362m，死水位360m，汛期限制水位357m，水库总库容2.29亿m3，调节库容0.22亿m3。喜河水电站为二等工程，工程规模为大（2）型，水轮机为轴流转浆式，型号为ZZD394—LH—580，最大水头32.5m，设计水头25m，最小水头13m，设计流量269.32m3/s，设计出力61.5MW。水轮机在工作过程中不可避免的会出现一些故障和问题，应结合水轮机故障的表现判断产生的原因，从而提出具体的故障维修方法。
1水轮机调速系统的基本结构和应用
水轮机调速系统是水电系统中最重要的结构之一，主要有控制部件和执行部件两部分组成，控制对象有水轮机、水轮机引水系统和发电机负载[1]。水轮机调速系统属于闭环系统，由水轮机控制设备和被控制系统组成，其主要的作用就是承担开机停机、实际转速调整和负载分配的功能，同时在发生故障时可以自动停机或手动停机。水轮机调速系统的发展和应用基本可以分为纯机械液压调速器、集成电路电液调速器、可编程电液调速器和工控机这几个阶段，也体现了我国调速器发展的和应用的过程。目前，水轮机调速器的品种比较多，国内外市场供应商也比较多，这为我国水电行业发展提供了更多的选择，需要结合具体的水电项目进行设计和应用，以提升水轮机调速系统的安全性和稳定性，减少事故的发生。
2水轮机调速系统故障表现和故障维修
水轮机在运行过程中容易出现各类故障影响水轮机的正常运行，需要对故障表现和原因进行具体的排查，从而找出和制定维修检修策略
2.1电液转换器故障。
水轮机调速系统工作中，电液转换器能否正常运转直接关系到水轮机的政策运转和运行安全，因此需要做好问题排查并制定解决措施。水轮机调速系统中电液转化器的故障主要是有异常响动和随动系数没有按照指令进行响应，导致控制命令失败[2]。产生异常响动的原因主要是因为电液转换器在长时间不间断的工作中，容易出现异物卡阻的现象，有的是因为油质不干净造成的；而随动系数没有按照命令进行变化则可能是因為转换器异常造成的，有的是随动系数发生变化但没有显示在面板上情况也比较常见，此外随动系数没有变化还有可能是工作回路出现问题，主控单元发生故障。
电液转换器发生故障应根据故障原因进行分析，主义进行排查。对发生异常响动的情况，应做好油质清扫工作，同时对异物进行清扫。对随动系数故障问题，应先将系统停机，然后进行检修工作，在检修时排查是工作回路问题还是主控单元问题，排查问题后检查活塞情况，并进行清扫工作。
2.2油压下降故障
水轮机工作过程中，油压下降故障产生的主要原因比较多，需要认真做好排查工作。油压下降应首先判断自动泵是否处于空转状态，如果处于空转状态则说明油压下降的主要原因是卸荷阀因外力原因未被放下，如果自动泵是正常运行状态，不存在空转状态，而安全阀开启，则说明是安全阀异常，可能存在出口阀误关问题。此外，电动机开关被放切，泵机没有放置在自动位置上也都是油压下降的主要原因。油压下降故障发生后，其主要的表现为水轮机调节系统故障灯亮起，自动泵处于停止状态或系统语音报警等现象[3]。
油压下降出现后，应及时对问题进行排查并进行故障维修。首先，应对油压下降原因进行判定，如果是因为电源开关分闸的原因，应立即安排人员处理，将电源开关分闸合上即可排除，油压下降的报警和故障提示灯熄灭。其次，如果是自动泵的问题，应立刻停止自动泵，启动备用泵，确保系统运行稳定和油压稳定，然后对自动泵开展检修，及时排查问题。最后，如果油泵工作状态未发生变化，但油压不断降低，在常规操作处理后油压降低速度没有变化甚至下降速度过快，应立即将系统切换为手段进行观察，如油压依然下降则应关闭主阀，对设备进行检修，找出油压下降的问题。排除油压下降问题以后，将阀门重新开启，监测系统是否正常运行，油压情况是否稳定。此外，油压下降故障还有可能是因为系统振荡产生的，这种油压下降可以先将系统从自动切换为手动，待系统运行稳定后在切换为自动，即可消除油压下降的情况。
2.3事故低油压
事故低油压在水轮机调速系统工作中也比较常见，其主要原因是漏气和跑油造成的，表现为油压减少到标准值以下，不足4.3Mpa，导叶均关闭，泵机无电源，同时存在自动泵和备用泵在停状态，出口断路器跳闸，进水口球阀关闭[4]。事故低油压情况发生后很容易出现安全生产事故，因此在发生低油压后应做好事故的分析并进行处理。
事故低油压发生后应先进行停机，停机后进行检修和故障的排查，必要时需要关闭阀门，确保导叶关闭。如果只是电源和开关异常，其他故障情况没有则只需要处理电源和开关即可，如果是油泵故障，则需要及时排查和检修，确保油泵检修后可以正常使用，如果是事故停机，则需要综合手动和自动，做好监视工作，确保所有自动器具实际行动均符合标准。事故低油压产生后应根据事故发生的原因进行整改，首先，要检查是否存在漏气的现象，特别是党压油罐补气频繁时，需要特别注意。其次要进一步完善程序，确保油压下降过程中模拟量控制有效，无错误情况，同时将模拟量控制纳入到报警系统当中，加强监测的工作。最后要加强相关人员的培训，对监盘人员加强对报警信息的敏感认知，提高其安全意识。
2.4压油泵启动频繁
压油泵频发启动的现象主要是压油装置油压下降比较快，油泵启动频发，即使是停机也依然存在问题，而且伴有油面上升的情况。压油泵频繁启动的危害性比较大，加大了工作人员的工作量，为了保持的正常的油气比，需要进行多次的补气，一旦出现工作班组忘记补气或补气不及时，容易因为油面升高，集油槽油位降低的情况，容易出现停机事故，而且频繁补气容易导致压力油罐水分增多，影响调速器的使用状态和质量，同时导致相关的零件和设备产生损耗，油质变质，影响安全运行。压油泵频发启动主要是系统漏油或漏气导致，因此应做好具体的检修工作。首先系统应从自动状态转为手段状态，通过这种方式减少用油量，停机后进行故障的检修，在检修过程中对所有的实际接触进行检查，对存在的虚接进行处理，同时更换继电器，确保继电器工作状态正常。同时要检查排气阀，检查其是否漏气，要确保关闭严密性，同时对应频繁启动造成的油面高度上升进行调节，使其处于正常状态。
总结：
水轮机调速系统应用和故障检修的内容比较多，除文章中涉及到的故障以外，还有调速器抽动等故障情况，因此在实际工作过程中应做好内部员工的培训，对故障表现和故障原因进行培训，严格按照水轮机操作规范执行，对水轮机的相关参数熟悉，只有这样才能在发生事故故障是排除事故原因并制定故障解决的方法，提升系统工作的稳定性，最大限度的降低人为因素造成的影响。
参考文献
[1]杨德文.水轮机调速系统的应用及其故障维修研究[J].决策探索（中），2018（12）
[2]任尚洁；刘思靓.大型轴流转桨式水轮机桨叶操作机构有限元联合分析[J].华电技术，2019（01）
[3]岳雷；薛安成；李志强；孟洪民；严剑峰.水轮发电机调速系统对超低频振荡的影响及模型适用性分析[J].中国电机工程学报，2019（01）
[4]李永红；郭旭东；温佩佩；卢彬；徐桅.张河湾抽水蓄能机组气蚀现状与防治措施 [J]，水电站机电技术，2018（12）
（作者单位：陕西汉江投资开发有限公司喜河水力发电厂）
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