调速器故障分析.docx

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调速器故障分析

第一节水轮机调速器的组成和作用

水轮机调节系统是由调节控制器、液压随动系统和调节对象组成的闭环控制系统。

通常我们把调节控制器和液压随动系统统称为水轮机调速器

水轮机调速器作用是保证水轮发电机的频率稳定、维持电力系统负荷平衡，并根据操作控制命令完成各种自动化操作，是水电站的重要基础控制设备。

 1、 调速器的基本作用是：

（l）能自动调节水轮发电机组的转速，使其保持在额定转速允许偏差内运转，以满足电网对频率质量的要求。

（2）能使水轮发电机组自动或手动快速启动，适应电网负荷的增减，正常停机或紧急停机的需要。

（3）当水轮发电机组在电力系统中并列运行时，调速器能自动承担预定的负荷分配，使各机组能实现经济运行。

（4）能满足转桨式、冲击式水轮机双重协联调节的需要。

2、分类；

水轮机调速器的分类方法较多，按调节规律可分为PI和PID调速器；按系统构成分为机械式调速器（机械飞摆式）、电液式调速器及微机调速器；

实际应用中常用是以下几种区分方式：

1、按我国水轮机调速器国家型谱以及调速器行业规范，调速器分为：

中、小型调速器；冲击式调速器；大型调速器等。

中、小型调速器以调速功大小来区分，冲击式调速器以喷针及折向器数目来区分，大型调速器以主配压阀名义直径来区分。

调速器分类表

2、微机调速器依据调节器（电气部分）及机械液压系统（机械部分）的不同形式，有以下区分：

2.1按调节器的硬件构成有单片机、工控机、可编程控制器三大类调节器。

其中单片机、单版机构成的调节器由于可靠性差、故障率高等多方面原因，已趋于淘汰。

目前可编程控制器以其高度的可靠性成为调节器构成首选。

2.2机械液压系统依据电液转换电液转换方式分为：

电液转换器类、电机类、比例伺服阀类、数字阀类。

其中电液转换器类已基本为市场淘汰，其他几种均有不同厂家生产。

3、按照调速器的适用机组类型分为：

冲击式调速器、单调、双调。

冲击式调速器适用于冲击式水轮发电机组；单调适用于无轮叶调节的混流式、轴流定桨式等水轮发电机组；双调适用于有轮叶调节的轴流转桨式、灯泡贯流式水轮发电机组。

第二节调速器的操作

一、调速器的基本参数

1、调速器型号；DFWSF-100-6.3-STARS

2、主配压阀直径；100mm

3、额定工作油压；6.3Mpa

4、外部电源；交流50Hz，220V±10%

直流220V±10%

二、调速器特性

调速器的转速死区≤0.03%，轮叶接力器随动系统不准确度不超过1.5%，空载自动运行频率摆动值小于±0.15%。

三、电气部分操作

1、上电先合上交流，后合上直流电源开关，“DC220V”、“AC220V”灯亮，若不正常，应清除相应部分故障。

2、开机

先检查调速器是否切到“远方控制”，导、桨叶是否在自动位。

调速器在接到开机令时，导叶开至“启动开度1”，经一段时间（小于60秒）后开始检测机频，当机频≥45Hz，导叶关至“启动开度2”，调速器进入空载工况并投入PID调节，机组转速跟踪系统频率（或50Hz）；当导叶开度开至“启动开度1”后经过60秒机频仍然小于45Hz，则调速器自动关机。

此时，“开机”令若仍然存在则调速器再次开机；若无“开机”令，则调速器保持停机状态不变。

3、并网

频率调节是在并网前使用,并网后可为功率调节或开度调节

开度调节：

导叶开度为给定的开度，负荷随水头变化而变化。

功率调节：

负荷为给定负荷，导叶开度随水头变化而变化，保证机组负荷为给定负荷，一般情况下功率调节时导叶动作比较频繁。

4、停机

当机组运行在空载工况时，调速器接到停机令后，导叶全关，随后桨叶开至预开度，工作在频率模式。

当机组运行在负载工况时，调速器接到停机令，导叶关至第二开机开度（防止进相运行）。

待机组出口开关分离后，导叶全关，随后桨叶开至预开度，调速器回到停机等待状态，工作于频率模式。

第三节微机调速器调试中的故障分析

微机调速器由于采用高可靠性的可编程控制器等作为调节器，并设计了少量的合理外围电路，电气部分故障率比较低，偶尔出现的异常现象，大部分是由于接触不良和设置有误造成，所以调试中出现问题后，应先检查相应的电源和信号电缆是否连接正确，端子、插座是否牢固连接，测量信号是否正确等。

具体可能遇到的故障主要有如下情况：

一、机频显示为零，调速器机频测量故障

对这种故障首先应根据具体测频方式进行故障排查：

1、对于采用可编程高速输入口及软件测频的微机调。

应检查输入信号灯是否闪烁，如无闪烁，说明无测频信号输入，这时需检查接口功能板上的整形及分频电路的输出，以及其输入接口，以判断是信号连线未连接好，还是元件损坏所至。

2、对新安装的机组或大修机组因长时间停机，发电机剩磁消失，可能致使机端电压低于0.2V，造成测频单元整形电路不能正常工作，故人机界面上机频显示为零，且出现机频故障报警信号。

对此，应适当给发电机充磁。

3、还可能是机组电压互感器（PT）断线或机频测频隔离变压器断线等造成没有机组频率信号。

这种情况可通过测量测频输入端有无信号、再逐步排查。

二、给上电源后电气故障灯亮

这种故障可能的原因有：

1、可编程控制器的运行开关未置于“RUN”位置，因而发生电气故障灯亮。

此时可观察可编程“运行”（RUN）灯是否亮。

如果“RUN”灯未亮，说明可编程没有投入运行，出现电气故障灯亮是可能的，只要把运行开关切到“运行”即可。

2、可编程控制器故障，此时可编程故障灯亮，导致这种故障的还有多种原因，其中主要的有可编程各模块故障，程序运行超时，状态RAM故障，时钟故障等。

此时一般应先切手动，暂停运行，过一会儿再重新启动，如果不是常驻性故障，可能是瞬时受异常干扰所致，通常重启后恢复正常。

如果是常驻性故障，应检查相关模块运行指示灯是否正常，对不正常的模块应进行更换。

3、也可能是“电气故障”继电器接点粘连或继电器损坏。

此时可检查可编程控制器“电气故障”端子是否有“电气故障”的信号输出（即可观察对应可编程输出端口指示灯是否亮）即可判断是否继电器的问题。

4、也可能是测频故障导致“电气故障”灯亮，不过这种情况多半伴有“测频故障”信号报警。

三、自动开机接力器不能开启

这种故障可能有如下几种原因:

1、对于自动/手动控制需要由手/自动切换开关控制的微机调速器,是否手/自动切换开关未切换到自动位。

2、是否因事故（或模拟事故）导致紧急停机电磁阀动作，而开机前，没有复位紧急停机电磁阀，因而自动开机接力器不能开启。

3、开机信号未送至调速器。

对此应检查调速器开机令输入端是否有开机信号（即可编程控制器开机令输入端口指示灯是否亮）即可判断。

若指示灯亮未亮，应检查其连接电缆是否未接牢或者断线。

4、检查引导阀是否卡住。

4号机组开机是经常会遇到因为导叶配压阀的引导阀卡阻而造成无法开机，如果是因为引导阀卡阻造成的，可先将调速器上导叶手/自动转换开关切换到手动位置，手动用操作手柄轻轻往关方向带动，使引导阀恢复正常，在切到自动位。

四、调速器不能紧急停机

调试中模拟机组事故或运行中机组事故，但调速器不能紧急停机。

这种事故的主要原因可能有：

1、紧急停机令没有送到微机调速器的相应输入端。

这可能是信号连线不正确或接线松动所致，可观察可编程控制器对应输入端指示灯是否亮即可判断。

2、可编程控制器紧急停机信号未送达紧急停机电磁阀线圈。

这中间有可能是紧急停机继电器故障（如触点粘合、继电器损坏）或继电器输出至紧急停机电磁阀的连线故障（断线或接线不牢），此时测量紧急停机电磁阀线圈插头应不带电。

3、紧急停机电磁阀故障或损坏。

当测量紧急停机电磁阀线圈插头有电，而接力器不关机，则多半原因是紧急停机电磁阀故障，有可能是线圈断线（可检测线圈电阻加以判断）或者是电磁阀芯卡阻。

电磁阀阀芯卡阻通常是由于油质太脏或者运行中长期没有发生事故紧急停机，运行人员又没有在机组停机时定期操作紧急停机电磁阀导致的。

对此应解体、清洗后重新组装。

五、导叶反馈故障及处理

调速器出现导叶反馈故障在微机调也有多种原因，其中主要的有：

1、导叶反馈断线（2号机组已经出现过因为导叶反馈信号中断事故停机，原因就是导叶反馈信号的一个接头脱落）；

2、导叶反馈传感器供电电源故障或电源线掉线；

3、导叶反馈信号线屏蔽不好，受到强电磁干扰；

4、对导叶反馈进可编程控制器的微机调，也可能是A/D转换模块故障或信号连线未接牢。

对原因

（1）和

（2）只要检查反馈信号线和电源线就可确定；对于原因（3）应检查屏蔽线是否单端接地，接地是否接牢；对原因（4）可检查A/D转换器的输入及微机调导叶开度的指示值是否一致就可判定。

第四节调速器运行中的故障分析及处理

水轮机调速器虽然在出厂前进行了厂内调试，到电站安装后又进行了电站现场调试，应该说大多都能安全稳定运行。

但是由于水轮机调节系统是一个由调速器和被控对象组成的一个时变、非线性和含非最小相位的系统，因而还可能发生这样或那样的故障，下面就运行可能发生的一些主要故障作进一步的分析。

一、自动空载时机组频率和接力器发生摆动

机组转速和接力器发生非周期性摆动

1、调速器反馈系统存在非线性，或反馈传感器在某区域接触不良

反馈系统存在的非线性，相当于反馈信号强弱随着接力器行程不是线性变化；而反馈传感器在某区域接触不良，可能导致反馈信号时有时无。

这些都将导致产生不正常的调节信号，如果这种情况恰好在空载开度范围内，则将引起空载接力器和机组频率的非周期摆动。

处理对策是：

重新进行整机静态特性测试，检查非线性和反馈传感器工作情况，找出具体原因，加以解决。

2、调速器伺服系统油路（尤其是主配至接力器油管路）中存在空气

由于伺服系统油路中存在空气，使调节中空气受压缩，而调节结束时，受压缩的空气膨胀，导致压力下降，致使接力器活塞两腔压力不平衡，引起接力器摆动。

对此，可在机组停机和主阀关闭的情况下将调速器切为手动控制，然后手动操作使接力器活塞来回移动几次，以排除油路中残存的空气。

二、机组自动开机后，转速达不到额定值

机组自动开机后，转速达不到额定转速，对不同调速器，可能有不同的原因：

1、水头监测值不正确或水头人工设定值不准确

当水头监测值或水头人工设定值高于实际水头值时，将导致自动按水头整定的空载开度比实际的空载开度小，致使机组开机后，转速达不到额定值（对微机调）。

对此主要是要改进水头监测的准确性；对人工设定水头值，应根据实际水头正确整定。

2、进水口拦污栅严重堵塞

进水口拦污栅严重堵塞，造成水轮机实际工作水头下降，导致整定的空载开度比实际空载开度小，造成机组开机后转速达不到额定值。

对此，在当时运行中可适当增大空载开度，以保证机组达到额定转速。

但要根本上解决问题，还要及时清污以防止拦污栅堵塞。

同时要随时根据实际水头，重新设定空载开度。

三、机组并网运行发生自动溜负荷

所谓溜负荷是指在系统频率稳定，也没有操作减负荷的情况下，机组原先所带的负荷全部或部分自行卸掉。

这种情况可能的原因有：

1、电液转换元件卡阻于偏关侧

当电液转换元件卡阻于偏关侧时，此时平衡表通常有开的调节信号，而接力器却一直往关的方向运动，导致机组所带的负荷全部卸掉（对电调和微机调）。

这种情况应当先切至机械手动，再检查并排除电液转换元件卡阻现象（如对电液伺服阀解体清洗，组装调试），同时还应切换并清洗滤油器。

2、综合放大器开启方向功率放大器损坏

当微机调或电调的综合放大器开启方向功率放大三极管损坏时，将造成调速器不能开，但只能关。

这种情况遇到干扰或系统频率稍微升高一点时，调速器则自行关小导叶，使机组卸掉部分负荷。

但当系统频率稍低一点时，它又不能开大导叶，增加负荷。

对此情况，可以人为增减功率给定，检查接力器开度能否增大减少，就可判别是否综合放大器功率放大三极管损坏。

对损坏的功率放大三极管应在停机或切机械手动运行时进行更换。

3、导叶反馈传感器移位

运行中当导叶反馈传感器因锁紧定位螺钉松动导致传感器移位，致使传感器输出的反馈值比实际导叶开度大，此时，并网运行机组将自行卸掉部分负荷。

对此，应检查反馈传感器输出电平与导叶接力器实际行程。

若二者不一致，且实际接力器行程小，则先将调速器切机械手动，再调整反馈传感器，使其输出反馈电平与接力器相一致，再锁紧定位螺钉（最好在停机时进行调整）。

四、调速器常见故障及分析

现象

原因

分析处理

开机过程中，机组转速达不到额定转速，残压过低；或机组空载，未投入励磁，机组大修后第一次开机，残压过低，机频信号出现跳动，接力器跟随抖动

机组频率

信号源受干扰

机组频率信号应采用各自的带屏蔽的双绞线接到微机调速器，屏蔽层应可靠接地，频率信号不要与强动力电源线，或者脉冲信号线平行、靠近布置

调速器抖动无明显规律视乎与机组运行振动区，运行人员操作有一定联系

接线松动，接触不良

检查调速器接线端子，电液转换器等电/机转换装置，导叶接力器变送器，机组功率变送器，水头变送器及调速器内部接线的连接情况，并加以处理

并网时，调速器在功率调节或者开度调节模式下工作，自动转换至频率调节模式下工作

电网频率变化过大或测频环节有故障或断线

机组并入小网带孤立负荷，这种切换是合理的，若电网频率变化过大，不必强行切换到功率或开度调节模式下工作。

若并入大网，且电网频率十分稳定，则应观察电网频率变化情况，并检查微机调速器的频率测量及显示结果。

可将其切换至开度或功率调节模式下工作，观察一段时间，以确认频率测量环节的工作是否正常

开机过程中，机频达不到50HZ

启动开度小于空载开度

人工设定水头值高于实际水头值，需人工设定正确水头值

导叶接力器增大不到合理的最大开度

电气开度限制增大不到应有最大值；导叶反馈调整偏大

①人工设定水头值高于实际水头值，使电气开限最大值偏小；②程序中的电气开度限制最大值的节点值小于应有值，修正上述节点值；③导叶反馈调整偏大。

微机调速器显示“测频不正常”

测频环节故障或者频率信号断线

检查测频环节及频率信号线信号及接线

调速器显示“导叶反馈不正常”

导叶接力器变送器断线

检查修复导叶接力器开度变送器及接线

调速器显示“测功不正常”

功率变送器故障或信号断线

检查机组功率变送器及接线

五、机组并网运行时，接力器和出力摆动

机组并网运行时，出现接力器和出力摆动，大多数情况下主要是机组、过水系统或电力系统的原因。

关于过水系统的原因有：

1、水轮机发生气蚀，引起接力器和出力的偶然性摆动

水轮机发生气蚀，尤其是发生于转轮出口和尾水管的空腔气蚀，造成尾水管中压力脉动增大，引起机组振动、接力器和出力的摆动。

对于气蚀引起的接力器与出力的摆动，通常可通过尾水管补气来消除和减弱气蚀，改善运行稳定性。

对于严重气蚀，一般应停机进行补焊修复。

2、机组效率降低、运行中振动偏大

（1）调速器协联关系不正常；由于人工设定的水头值和实际水头值相差较大，使协联关系不正确，应人工设定正确水头值。

（2）机组运行于气蚀区；这时候应调节调速器避开气蚀区运行。

3、电力系统发生频率和负荷的周期性摆动

当电力系统发生频率和负荷的周期性摆动时，则并网机组频率、出力、接力器也将发生周期性的摆动。

如果波动不很强烈，经过一段时间的调节会趋于稳定。

但若系统发生电磁震荡，导致系统频率和负荷大范围波动。

这种情况，运行职守人员可手动适当减少机组出力，使机组恢复同期。

如果无法消除振荡，可将本机先解列。

第五节水轮机调速器的日常运行维护

水轮机调速器性能的优劣，除了与设计、制造和安装有关外，还与其运行维护有密切关系。

调速器的维护，应包括调速器运行条件的保障、调速器质量的检验、运行状态的监察和故障分析，以及定期维护等。

一、保证调速器有良好的工作条件

为了保证调速器正常运行，除了按有关标准对其制造、安装质量进行严格检查验收以外，还应使其具有良好的工作环境和工作条件。

1、水轮发电机组运行正常。

在手动空载工况时，机组转速摆动的相对值，对大型调速器应不大于±0.2%；对中型调速器应不大于±0.3%；对小型调速器应不大于±0.4%。

4、调速器安装前的贮存库房气温为-5～+40℃，相对湿度<90%。

并且室内无酸、碱、盐及腐蚀性、爆炸性气体，不受灰尘、雨雪的侵害。

5、调速系统用油的油质必须符合国标GB11120中46号汽轮机油或黏度相近的同类型油的规定，使用油温范围为10～50℃。

6、调速器油压装置正常工作油压变化范围不得超过名义工作油压的±5%。

在调节过程中油压变化值不得超过名义工作油压的±10%（通流式调速器不超过±15%）。

二、日常运行中的检查与维护

电液调速器日常运行中的维护主要包括运行中的检查与维护。

（一）日常运行中的检查

日常运行中的检查主要包括如下内容：

1、保持环境清洁，锁好调速器柜门，防止灰尘进入调速器液压管道，污染液压油。

2、注意防水防潮，如果液压油水份含量较高不但会腐蚀设备，而且在调速器暗管中高速流动时，产生大量气泡，导致调速器油回流不畅，甚至四处外溢。

3、注意观查引导阀活塞是否运动灵活，如有卡阻现象，应尽早拆开，用油石或者金相砂纸处理。

4、观察机组在停机或稳定运行时步进电机是否频繁动作，步进电机和驱动器温度较高。

如果是，须重新调整位移传感器零点值。

5、检查各部件工作位置、各表计或人机界面指示是否正确；油压、油位是否正常，应无漏油现象。

6、检查反馈装置及传动机构是否完好，反馈钢丝绳应无断股或松脱现象。

7、检查各调节参数是否在整定位置；功率给定指示是否与负荷相适应；人机界面各显示画面的相关内容是否与机组运行状态相一致。

8、对微机调要注意人机界面上是否有故障报警信息，巡视人员应特别注意故障报警及应急处理。

出现故障时，应特别注意观察机频、网频、导叶开度、微机调节器的输出等。

（二）日常运行中的维护

运行中的维护主要是调速器用油及电气部分检查，其主要内容包括：

1、调速器用油应每年更换或处理一次，新安装或大修后两个月内应更换或处理12次。

滤油器应每周清扫一次。

当滤油器前后压差超过0.2MPa时，应立即进行切换清扫。

2、工作油泵与备用油泵应每周倒换一次，若无自动控制倒换装置，倒换应在油泵处于停止状态下进行，倒换后应监视新的工作油泵启、停情况。

油泵停止时应无反转现象。

3、定期检测电气部分有关单元输出数据，与厂内试验数据比较，以便判断其工作是否正常或者是否隐含故障，以便及时处理防止故障发生。

4、每月定期检查一次事故停机电磁阀动作情况，防止因长期不用而动作失灵。

三、调速器检修内容及技术要求

除了调速器发生故障时需要进行处理或检修外，为了预防故障发生和延长设备的寿命，还须定期进行计划性检查和维修。

电液（微机）调速器检修的主要内容和技术要求如表8-1所示。

表8-1电液（微机）调速器检修的主要内容和技术要求

检修类别

序号

检修内容

检修技术要求

小

修

1

滤油器检查与处理

滤网无破裂，滤网焊接面积小于1/4，焊口严密

2

油泵试验及调整

工作油泵在油压下降8%～10%额定油压时启动，备用油泵则应油压下降12%～15%额定油压时启动。

工作、备用油泵均应在额定油压时停止

3

安全阀动作检查及调整

当油压高出额定油压2%时，安全阀应开始排油；当油压高出额定油压16%时，应全部开启，且油压不再上升；当油压低于工作油压下限以前，安全阀应完全关闭

4

液压件及管道漏油检查与处理

各液压件的组合面、管接头、焊缝处应无渗漏

5

开度指示检查处理

在全开度范围内导叶开度指示、开限指示的各自偏差应不大于2%

6

反馈机构检查处理

传动灵活，位置及信号电压正常，钢丝绳无断股、松脱现象

7

电液转换元件中间位置调整及工作行程范围内检查

活塞行程不小于设计值，行程偏差小于0.2mm，死区不大于0.02mm

在工作行程范围内运动应无卡阻，动作灵活

8

电液伺服阀油压漂移检查

油压每变化0.1MPa时，活塞行程变化应≤0.01mm

9

主配压阀紧急关机时间及事故配压阀关机时间检查与调整

紧急关机时间和事故配压阀关机时间均应满足调节保证计算要求

10

调节参数检查调整

应符合整机调试时的整定值

大

修

1

油压装置排油、清扫滤油或换油

压油箱、集油槽内均无杂质、油垢，滤网完好，油质经化验符合标准

2

油泵分解检查调整

泵杆无明显磨损，啮合良好，转动灵活，漏油量不超过设计允许值，油泵与电动机的靠背轮间径向、轴向应有适当间隙

3

安全阀、卸载阀、逆止阀分解检查、调整

阀口严密，弹簧平直，阀体靠自重能自由下落，油路畅通；经试验动作准确、可靠，无振动或噪音

4

压力表及压力信号器

压力表、电接点压力表指示准确，电接点压力表及压力信号器接点接触良好，表接头不漏油

5

油压装置及油泵试验

油泵及各阀无剧烈振动和噪音。

油温及泵温应不超过规定值。

工作油泵、备用油泵及安全阀启停压力正常，额定工作油压正常，事故低油压继电器动作准确、可靠

6

双滤油器分解清扫、检查

壳体、阀芯、滤网清洗粘净，滤网完好，焊缝面积不超过1/4，焊口严密，切换灵活

7

引导阀分解检查

处理好磨损伤痕，周边锐而无缺口，损坏严重者应更换，遮程符合设计要求，针塞动作灵活，抹油后能靠自重在任一方位自由下落

8

电液伺服阀分解清洗、检查及试验

弹簧平直完好，着力均匀；针杆与转动套，阀芯与阀套等间隙及遮程应符合设计要求；死区、线性度、油压漂移及负载漂移等均应符合标准，损坏严重者应送制造厂修理

9

主配压阀分解检查

处理好磨损伤痕；阀塞、阀套的工作边应锐而无缺口，遮程符合设计要求；活塞回装时应在任一方位能靠自重自由下落

10

反馈机构检查

各传递部件完好、牢固、灵活，钢丝绳无打结、断股、松股现象；反馈电位器或传感器参数正常、信号准确

11

人机界面检查

电气调节器测试检查

人机界面显示切换符合设计要求

调整动静特性符合有关标准；各可调参数均能在规定范围内调整并合理整定好；温漂、时漂和电压漂移均符合标准

12

电气绝缘检查

用500伏兆欧表测量各电气单元间及其机壳、大地的绝缘电阻不应小于规定值

13

调速系统静态调试及静特性试验

各部件、各环节的性能指标及参数均应符合要求，静特性指标应符合国家标准

14

运行状态及故障模拟

进行开机、停机、并网、增减负荷、紧急停机和有关故障模拟，调速系统均工作正常，符合设计要求

15

调节系统动态调试及甩负荷试验

空载稳定性观测、空载扰动、带负荷试验结果均应符合要求；甩负荷试验结果，转速最大值和水压（及真空）最大值均应满足调保计算要求