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水輪機調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有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月30日
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上一篇：水輪機調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
Mech肌ical＆Electrical Technique of Hydmpower Station
V01．40 No．7
Jul．2017
水輪機調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有限公司，四川甘孜626001)
摘要：闡述了水輪機調速器典型電氣故障案例的發生過程，分析了故障發生的原因，提出了故障的處理辦法和注
意事項，為水電站調速器維護人員提供了故障處理參考方案。
關鍵詞：水電廠；調速器；電氣故障；處理案例
中圖分類號：TK730．4 文獻標識碼：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
水輪機調節系統是由調節控制器、液壓隨動系
統和調節對象組成的閉環控制系統。通常我們把調
節控制器和機械液壓系統稱為水輪機調速器。水輪
機調速器作用是保證水輪發電機的頻率穩定、維持
電力系統負荷平衡，并根據操作控制命令完成各種
自動化操作，是水電站的重要基礎控制設備。在水輪
機調速器構成中，目前可編程控制器以其高度的可
靠性成為調節器構成首選【11；機械液壓系統中的電液
轉換器件主要有電機類、比例伺服閥類、數字閥等幾
類。
目前水輪發電機調速器采用高可靠性的可編程
控制器等作為調節器，并設計了少量的合理外圍電
路，電氣部分故障率比較低，偶爾出現的異常現象，
大部分是由于接觸不良、設置有誤、調速器部件產品
質量問題和機械雜質堵塞造成。本文分析了幾起典
型的調速器電氣故障案例，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故障現象
在無導葉開度調節指令的情況下，導葉主配壓
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，極端情況導致壓力油罐出現事故低油
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)調節系數沒調好，對于比例伺服閥結構的，
閉環調節中包含大環調節和小環調節。小環比例系
數調得太靈敏，會導致主配壓閥抽動。
(2)主配壓閥中位傳感器的問題，比例伺服閥型
的電液轉換系統，在自動時必須用電氣方法使主配
壓閥壓閥復中，區別于手動或伺服電機型的主配壓
閥壓閥通過機械方式復中。如果主配壓閥中位傳感
器采集錯誤或誤差較大，將會導致電氣復中失敗，在
調節過程中，主配壓閥就會發生頻繁抽動。
1．3處理方法
將調速器導葉控制方式切至手動方式，用調試
筆記本連接PLC觀察導葉調速器導葉主配壓閥采
樣信號，觀察主配壓閥采樣是否在中位設定值，如果
在中位設定值說明不是主配壓閥傳感器的問題。可
適當修改小環系數，再將導葉控制方式切自動方式
觀察導葉抽動幅度大幅降低。開機至空轉，觀察開機
成功，導葉不抽動。
理論上說，適當降低大環系數也有助于改善主
配壓閥的抽動情況，但是修改大環系數直接影響了
導葉的調節速度，需要重新做調速器靜特性、空載試
驗，且在正常運行時，需要落進水口檢修門，工作量
非常大，所需時間也比較長，一般電網難以批準。機
組不在檢修期，一般情況下不宜修改大環系數。
如果聯機發現主配壓閥采樣不在中位設定值，
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備
管理工作。
萬方數據
第7期唐亞波：水輪機調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。現在的主配壓閥傳感器多采用磁致伸縮原理，最
好用進口傳感器，以保障可靠性。
2比例伺閥發卡
2．1故障現象
正常的開機過程是兩段開機，調速器接收到計
算機監控系統的開機令后在第一段開機過程將導葉
開啟至第一開機度，一般比空載開度要大，目的是盡
快的將轉速升至90％額定轉速附近，然后進入第二
段開機過程，即當轉速上升至90％時，將導葉壓回
至第二開機度，然后根據頻差進行PID調節，將機組
轉速維持在50 Hz。筆者遇到的比例伺服閥發卡故
障發生時，在完成了第一開機過程后，在轉速上升至
90％后進入第二開機度過程中，導葉無法關回而是
持續開啟，調速器報故障將導葉控制方式切至手動
方式。現場將導葉切自動，發現導葉開度繼續打開，
調速器又報故障切手動。判斷為比例伺服閥發卡在
開機側，使主配壓閥一直往下運動，導致導葉一直開
啟。
2．2原因分析
比例伺服閥型的調速器對油質要求非常高，如
果調速器用油的油質不是很理想，極容易導致比例
伺服閥卡塞。尤其是水電站機組安裝初期，調速器使
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使用的管路、閥門等部件，在產
品出廠或運輸以及現場安裝時，容易在部件內部保
留或產生雜質，從而導致油質出問題嘲。
2．3處理方法
比例伺服閥發卡的處理，需要做好油路的隔離
措施，主要是比例伺服閥管路泄壓，其次是保證導葉
處于關閉狀態，宜落下進水口檢修門再處理。首先是
將壓力油管出口閥關閉，將比例伺服閥兩側閥門隔
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，保證調速器用油的清潔度。
3斷路器位置信號誤報甩負荷
3．1故障現象
在調速器電氣控制信號中，斷路器的位置信號
是個非常關鍵的開關量信號。調速器空載至負載態
的判斷，主要取決于斷路器位置信號。如果在并網過
程中，斷路器位置信號誤報消失，會導致導葉壓回，
造成遛負荷事故。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，發電機在主變高壓側可以通過
兩個斷路器中任意一個斷路器并入電網。所以調速
器斷路器位置信號是兩個高壓側斷路器位置取“或”
邏輯后再與發電機出口斷路器取“與”邏輯。當時高
壓側兩個斷路器有一個斷路器(代號為A斷路器)
在檢修，發電機(代號C發電機)通過另外一個斷路
器(代號為B斷路器)并入電網。在c發電機帶150
Mw負荷并網運行時，導葉突然關回至O開度，負荷
瞬間變為0 Mw，而此時的發電機出口斷路器和高
壓側B斷路器均在合閘狀態。
3．2原因分析
檢修人員對A斷路器進行輔助觸點更換工作，
導致c發電機調速器斷路器位置信號消失，瞬間導
葉從70％開度關到0，負荷壓空。理論上講C發電機
可以通過A斷路器或B斷路器任何一個斷路器并
人電網，B斷路器檢修不影響C發電機的正常運行。
但是問題就出在c發電機調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，導致信號丟失。
3．3處理方法
在機組正常并網發電時，嚴禁在斷路器信號回
路工作，防止信號丟失。另外，在調速器程序中做防
誤閉鎖，增加對發電機有功功率的判斷，如果發電機
有功功率大于某個基準值(根據機組容量自行設
定)，即使發電機出口斷路器位置信號消失，也不應
該執行甩負荷程序。
4導葉開機故障
4．1故障現象
在日水頭變化較大的水電站中，導葉的第一開
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計有問題，則會導致第一開
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致開機故障。在汛期時，
由于來水較大電站在泄洪，導致下游水位抬高，使水
萬方數據
76 水電站機電技術第40卷
頭降低至額定水頭以下，在低水頭下根據調速器設
置的水頭一開限表計算得到一個較高的第一開機
度。當水頭恢復正常后，再次進行開機操作時，出現
機組第一開機度過大，導致開機過速的情況。
4．2原因分析
目前采用施耐德PLc作為調速器控制器的水
電站，水頭開限表是一個插值運算表，根據若干組水
頭數組和開限數組進行開限插值運算得出開機度。
施耐德插值運算表有個漏洞，如果水頭數組有兩組
一樣的數組，運算會出錯，水頭變化時開度不變化。
在汛期，因為泄洪導致水頭降低至最低水頭13 m，
因為前兩個數組都是13 m，導致運算出錯，當水頭
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
對于參數表這類問題，就必須在機組檢修時，對
涉及到的調速器參數，一一試驗，不能有漏項，發現
問題及時修改相關參數，當然最根本的措施是源程
序廠家要保證運算模塊設計的完整|生，不能出現程
序漏洞。
5主配壓閥拒動節點信號誤報
5．1故障現象
當機組因各種原因過速超過115％Ne(Ne為機
組額定轉速)時，如果導葉沒有迅速關回，將會導致
機組繼續過速，影響機組安全運行，此時調速器就會
報主配壓閥拒動信號至計算機監控系統，計算機監
控系統根據115％Ne轉速信號加上主配壓閥拒動信
號的判據，啟動115％Ne過速保護事故停機流程，將
導葉關回。筆者遇到的主配壓閥拒動信號誤動的情
況是在機組投產時做甩100％負荷實驗時出現的，
在甩100％負荷時，調速器并沒有出現拒動現象而
發出主配壓閥拒動信號，導致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(開啟導葉時)動作，主配壓閥往上運動
(關回導葉時)時不報信號。見圖1，紅線是轉速信
號，藍線是導葉信號。
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圖1甩100％負荷轉速一導葉圖
在Al點，轉速第一次上升到115％額定轉速，
導葉關回，根據主配壓閥拒動接近開關動作原理，此
時主配壓閥拒動接近開關不動作。
在A2點，轉速第二次上升到115％額定轉速，
但是此時導葉已經開啟，根據主配壓閥拒動接近開
關動作原理，主配壓閥拒動接近開關動作，水機保護
1 15％過速保護動作。
根據水輪發電機甩負荷過程，甩負荷后，轉速升
高，導葉以最快的速度關回，所以主配壓閥拒動信號
是不會報的，第一次轉速上升到1 15％額定轉速過
程是正常的。
而當轉速從最大轉速下降的過程中，為了使轉
速不至于下降過低至45 Hz以下，調速器會自動在
轉速下降到115％額定轉速之前將導葉開啟，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轉速點的
上升沿時進行判斷才合理，而傳統的主配壓閥拒動
接近開關是純機械式的，沒有辦法加入轉速的判斷。
為克服傳統的主配壓閥位置接點動作不可靠的缺
點，可以在調速器程序中定義主配壓閥拒動條件。原
理是當機組甩負荷后，調速器將導葉關回時，導葉開
度給定減去導葉實際開度為負值，而此時主配壓閥
位移減去中間位置也應該為負值(往關方向運動)，
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進行主配壓閥位置接點
判斷，可以在調速器程序中實現，圖中，YPID為導葉
開度給定，Y為實際導葉開度，y為主配壓閥位移。
(下轉第91頁)
萬方數據
第7期梁犁麗，等：中小河流洪水預警預報方法與應用91
注：“人流ln”表示人流塊到預報或模擬斷面的河道匯流
分段數。
3結論及建議
本文立足于中小河流洪水預警預報技術方法，
首先從集總式水文模型、分布式水文模型和其他經
驗方法分別進行了探討，結果認為：集總式水文預報
模型和經驗預報方法結構簡單、參數少、方便易用，
在中小河流預警預報業務中仍然占有重要位置；分
布式水文模型具有應用潛力，但目前還不能大規模
用于洪水預報業務；其次結合典型實例分析了中小
河流預警預報方案編制的主要內容，說明了預警預
報方法的選擇和應用。
中小河流洪水預警預報方法較多，需要根據流
域能夠獲得的雨量、水文、下墊面、洪水特性、相似流
域預報方案等資料情況綜合考慮選擇具體方法建立
預警預報方案，方案構建時還應考慮上游水利工程
調度對洪水預報的影響。
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(上接第76頁)
圖2主配壓閥位置信號判斷流程圖
6結語
調速器是電廠發電機組的控制中心，對機組的
安全高效運行起著至關重要的作用，必須在實際的
運維實踐中不斷地進行總結，通過對幾起典型調速
器電氣故障的案例進行分析，這些實踐經驗幫助檢
修人員及時正確地判斷和處理了調速器的各種故
障，有效減少了調速器故障所帶來的損失，保障了發
電機組安全可靠的運行，希望對調速器維護人員帶
來一定的參考意義。當然，隨著自動化水平的提高，
相信調速器電氣控制設備在設計、產品的先進陛和
可靠性上會取得更大的提高，如何研究高自動化水
平下的調速器設備的維護方法將是需要考慮的問
題。
參考文獻：
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