现代中小型水电站水轮机调速器的调试和维护

　　摘  要：调速器是水轮发电机组自动控制、调节系统的核心部件之一，其性能、工况直接关系水电站输出的电能质量和供电可靠性。本文在介绍小型水电站调速器的特点与功能的基础上，探讨了调整试验及日常维护内容。
　　关键词：小型水电站 调速器 调试 试验 故障 判别
　　
　　水轮机调速器是水轮机调节系统的核心，也是小型水电站总体自动化系统的关键部件之一。调速器对水轮机的控制，是自动控制原理在水轮发电机组控制上的具体应用。
　　1 小型水电站调速器的特点
　　它除了具有一般自动控制装置的特征外，还有以下特点。
　　操作力大。水轮发电机组是重型机械设备，尺寸大、重量重，水轮机运行时通过的水流量大，因而控制进水门需要很大的操作力。通常用油压操作，往往具有两级或更多的液压放大机构。
　　影响因素多，动作过程复杂。调速器所控制的是由水流、水轮发电机和电能用户所组成的能量转换及利用体系。引水管中的水体惯性较大，调速器控制过程中形成的水锤产生反调效应。使水轮机调速器系统稳定困难，控制复杂化。调节过程中各部分工作情况的变化，都会影响调节过程。因而水轮机调节是一个受多种因素影响的复杂过程。
　　调速器具有多种功能。除了在负载变化时自动调节水轮机流量外，调速器还应当实现开机、停机、调整频率、控制机组出力等操作，在事故情况下应能执行紧急停机，以保证机组的安全。
　　2 调速器的功能
　　调速器的设计，根据用电用户小和水电运行环境的特殊要求，将针对常规调速器的不足之处，使得调速器具有更完善的功能和独特的性能。
　　并网功能：调速器能根据指令(机旁操作或遥控系统作)自动开机，采用闭环控制方式启动，机组转速上升迅速平稳，自动达到空载开度。当机组到达空载开度后，自动准同期控制系统即能精确调控机组频率跟踪网频，并具有相角控制达到每分钟至少可提供6次以上过周期并网点的机会，使机组并网更迅速、平稳。
　　调节有功功率：我国大多数中小水电机组都是并入电网，长期带固定负荷运行的。机组并网后，转速已被电网拖入同步状态，故不需继续调频，其主要操作是调节有功功率。调速器具有开环调功及闭环调功两种方式，所用的执行机构又是数控电液随动系统，具有定位精度高，带自锁装置不溜负荷等特点，从而使整个调节有功功率的过程达到迅速、平稳、精确的水平。
　　自动调频功能：中小型水轮发电机组在农村小电网中，经常因电网解列而被迫甩负荷停机。调速器有性能优越的自动辨识系统，一旦电网解列，自动辨识系统立即将调速器由并网带基荷运行状态改为带小网调频运行状态。快速的状态辨识及调控，能使装备有调速器的地方电网在电网解列后迅速自救，不会造成电网解列后，地方小电网全网崩溃的严重后果，保障了发电、供电、用电的安全。
　　3 调速器的调整试验与维护
　　调速器在组装和大、小修之后，必须经过一系列调整、试验和检查，才能保证今后正常，安全地运行。
　　3.1 调速器调试的基本内容
　　静态试验(充水前试验)。当调速器组装完毕，通过充油及电气部分的线路检查无异常后，就可做调速器静态特性试验。调速器的静特性，是指在稳定平衡状态下，调速器转速n（或频率f）和接力器行程y之间的关系，即y=f（n）。通过对调速器静特性的测定，确定调速器的转速死区ix，校验永态转差系数bp值，借以综合鉴别调速器的制造、安装或大修质量。试验条件：bp=6％，开环增益为整定值，切除人工死区，微分系数Kd为最小值，积分系数为Ki为最大值，比例系数Kp为中间值。频率给定为额定值。
　　试验方法。用稳定的频率信号源输入额定频率信号，以开度给定将导叶接力器调整到50％行程附近。然后升高或降低频率使接力器全关或全开，调整频率信号值，使之按1个方向逐次升高或降低，在导叶接力器每次变化稳定后，记录该次信号频率值及相应的接力器行程值，分别绘制频率升高和降低的调速器静态特性曲线。2条曲线间的最大区间即转速死区ix，ix=△f/fn。静态特性曲线斜率的负数即永态转差系数bp。国标（GB/T9652o21997)规定中型调速器ix＜0.08％，小型调速器ix＜0.10％。
　　动态试验(充水后试验)。为了检查调速器的质量，保证机组在突变负荷时能满足调节保证计算的要求和所规定的动态指标，掌握机组在过渡过程中的状态和各调节参数变化的范围以及参数变化时对机组过渡过程规律的影响，从而找出最佳参数，提高机组运行的稳定性及可靠性，检查机组设计及检修质量，保证机组安全运行等。
　　单机空载稳定性观测
　　①手动空载摆动值测试。检查机组各部分均已具备启动条件后，手动操作调速器使导叶慢慢开启至空载开度附近。当机组转速升至80％后，慢慢调整导叶开度使机组频率稳定在50Hz附近；停止操作导叶接力器，待稳定一段时间后用频率计测量机组频率，并记录连续3min机组频率摆动值的最大值fmax和最小值fmin则频率摆动范围为△f=fmax-fmin。如以相对量表示，则为△x=2（fmax-fmin）％。此时的频率波动，一般均系水力不平衡或机组本身问题所致，与调速器无关。
　　②自动空载摆动测试。将调速器切为自动运行，测量机组转速摆动值。测试方法与手动运行时测试方法基本相同，只不过需进行参数的选优工作。最优参数应是空载扰动试验的优化参数。[!--empirenews.page--]
　　国标（CB/T9625.1-1997）中规定对于中小型调速器若水轮发电机组转速相对值不大于±0.3％，则自动空载摆动值不得大于±0.25％。否则只需小于手动空载摆动值就算达标。
　　空载扰动试验。机组需在各种工况下运行，欲使水轮机调节系统获得良好的性能，必须合理选择系统中的有关参数。空载扰动试验方法如下：通过突变频率给定值来进行频率扰动试验。扰动量一般为±（8-10％）fn，扰动试验需记录频率扰动的超调量和过渡过程时间、调节次数等有关数据。通过若干组有关数据的比较，就可确定系统的最佳参数。国标对该试验无考核要求。
　　甩负荷试验。通过甩负荷试验可进一步考验机组在已选定的调速器空载参数下调节过程的速动性和稳定性，更主要是检验调保计算参数，保证机组安全。甩负荷试验一般分4次：甩25％、50％、75％、100％额定负荷，由小到大顺序进行。甩25％额定负荷，主要是检查接力器的不动时间是否符合要求，同时也检查转速上升率和蜗壳水压上升率以及调节时间，分析下次所甩负荷增长后可能的变化趋势，从而进一步验证所选定的调节参数是否为最佳。甩50％和75％额定负荷的目的主要是分析其变化趋势。最后甩100％额定负荷时，机组转速上升率、蜗壳水压上升率、尾水管真空度、关机时间和过渡过程调节时间等均应满足调节保证计算值和国标要求。国标（GB/T9652.1-997）规定甩25％额定负荷时，接力器不动时间Tq≤0.2s，甩100％额定负荷时，超过3％额定转速的波峰次数不超过2次，稳定时间不大于40s。
　　3.2 调速器的维护
　　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。
　　近些年来，有不少小型水电站的水轮机调速器进行了更新改造，老型号的机械或电气液压调速器，逐步被微机或可编程控制调速器所取代。现不少水库电站的水轮发电机组原使用CT型或YT型调速器，前几年陆续更新改造为DJT-K系列电动集成式全可编程调速器（武汉长控所生产）。经过安装、调试、运行和维护、检修，证明可编程调速器结构简单、性能先进、操作方便，运行故障率小，维护、检修工作量明显减少，提高了水电站供电的安全可靠性和经济效益。

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　　国标（CB/T9625.1-1997）中规定对于中小型调速器若水轮发电机组转速相对值不大于±0.3％，则自动空载摆动值不得大于±0.25％。否则只需小于手动空载摆动值就算达标。
　　空载扰动试验。机组需在各种工况下运行，欲使水轮机调节系统获得良好的性能，必须合理选择系统中的有关参数。空载扰动试验方法如下：通过突变频率给定值来进行频率扰动试验。扰动量一般为±（8-10％）fn，扰动试验需记录频率扰动的超调量和过渡过程时间、调节次数等有关数据。通过若干组有关数据的比较，就可确定系统的最佳参数。国标对该试验无考核要求。
　　甩负荷试验。通过甩负荷试验可进一步考验机组在已选定的调速器空载参数下调节过程的速动性和稳定性，更主要是检验调保计算参数，保证机组安全。甩负荷试验一般分4次：甩25％、50％、75％、100％额定负荷，由小到大顺序进行。甩25％额定负荷，主要是检查接力器的不动时间是否符合要求，同时也检查转速上升率和蜗壳水压上升率以及调节时间，分析下次所甩负荷增长后可能的变化趋势，从而进一步验证所选定的调节参数是否为最佳。甩50％和75％额定负荷的目的主要是分析其变化趋势。最后甩100％额定负荷时，机组转速上升率、蜗壳水压上升率、尾水管真空度、关机时间和过渡过程调节时间等均应满足调节保证计算值和国标要求。国标（GB/T9652.1-997）规定甩25％额定负荷时，接力器不动时间Tq≤0.2s，甩100％额定负荷时，超过3％额定转速的波峰次数不超过2次，稳定时间不大于40s。
　　3.2 调速器的维护
　　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。
　　近些年来，有不少小型水电站的水轮机调速器进行了更新改造，老型号的机械或电气液压调速器，逐步被微机或可编程控制调速器所取代。现不少水库电站的水轮发电机组原使用CT型或YT型调速器，前几年陆续更新改造为DJT-K系列电动集成式全可编程调速器（武汉长控所生产）。经过安装、调试、运行和维护、检修，证明可编程调速器结构简单、性能先进、操作方便，运行故障率小，维护、检修工作量明显减少，提高了水电站供电的安全可靠性和经济效益。

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　　国标（CB/T9625.1-1997）中规定对于中小型调速器若水轮发电机组转速相对值不大于±0.3％，则自动空载摆动值不得大于±0.25％。否则只需小于手动空载摆动值就算达标。
　　空载扰动试验。机组需在各种工况下运行，欲使水轮机调节系统获得良好的性能，必须合理选择系统中的有关参数。空载扰动试验方法如下：通过突变频率给定值来进行频率扰动试验。扰动量一般为±（8-10％）fn，扰动试验需记录频率扰动的超调量和过渡过程时间、调节次数等有关数据。通过若干组有关数据的比较，就可确定系统的最佳参数。国标对该试验无考核要求。
　　甩负荷试验。通过甩负荷试验可进一步考验机组在已选定的调速器空载参数下调节过程的速动性和稳定性，更主要是检验调保计算参数，保证机组安全。甩负荷试验一般分4次：甩25％、50％、75％、100％额定负荷，由小到大顺序进行。甩25％额定负荷，主要是检查接力器的不动时间是否符合要求，同时也检查转速上升率和蜗壳水压上升率以及调节时间，分析下次所甩负荷增长后可能的变化趋势，从而进一步验证所选定的调节参数是否为最佳。甩50％和75％额定负荷的目的主要是分析其变化趋势。最后甩100％额定负荷时，机组转速上升率、蜗壳水压上升率、尾水管真空度、关机时间和过渡过程调节时间等均应满足调节保证计算值和国标要求。国标（GB/T9652.1-997）规定甩25％额定负荷时，接力器不动时间Tq≤0.2s，甩100％额定负荷时，超过3％额定转速的波峰次数不超过2次，稳定时间不大于40s。
　　3.2 调速器的维护
　　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。
　　近些年来，有不少小型水电站的水轮机调速器进行了更新改造，老型号的机械或电气液压调速器，逐步被微机或可编程控制调速器所取代。现不少水库电站的水轮发电机组原使用CT型或YT型调速器，前几年陆续更新改造为DJT-K系列电动集成式全可编程调速器（武汉长控所生产）。经过安装、调试、运行和维护、检修，证明可编程调速器结构简单、性能先进、操作方便，运行故障率小，维护、检修工作量明显减少，提高了水电站供电的安全可靠性和经济效益。