水轮机调速器液压系统故障及处理方法

1.水轮机调速器液压系统故障分析^[20]

（1）摆动 机组在空载、单机或并列运行时的自动平衡状态下，其导叶接力器会周期或非周期、等幅或非等幅低频往复位移。动幅较大（>1%），频率一般为2Hz以下（0.5～2.5Hz）（图4-38）。接力器摆动往往会引起机组转速摆动，致使调节不稳定或磨损加快。表现为持续不断或加剧，有时又会自行消失。一般它与调节稳定性因素有关。

图4-38 摆动

a）周期性等幅 b）非周期性等幅 c）非周期发散

（2）振动 机组开机前充油或运行时导叶接力器不动，主配压强烈等幅周期或非周期快速往复位移，导致杠杆、油管抖动，并伴有响声。一般动幅小，频率有几十赫兹（≥20Hz）（图4-39）。

图4-39 振动

a）周期性等幅 b）非周期性等幅

其结果造成机组无法开机并网，仪表管路破裂，工作部件松动、磨损，进一步会导致漏油、楼基共振，直接危及安全。一般它与调节参数无关。

（3）跳动 机组运行在自动平衡状态下，主配压阀、引导阀、电液转换器或飞摆等呈现等幅周期性或非周期性往复位移。严重时导叶接力器会相应随着摆动。一般动幅不大，频率一般十几赫兹（图4-40）。其结果为跳动较小时，有助于消除转速死区，灵敏度高，但加快元件磨损；跳动量过大、超越元件搭叠量或死区时，会引起接力器相应摆动或管路系统等剧烈振动。一般它与永磁发电机、齿盘安装偏心或飞摆、电液转换器工作异常有关。

图4-40 跳动

a）周期性等幅 b）非周期性等幅

（4）抽动 机组开机、空载或运行在自动平衡状态下，导叶接力器等幅或非等幅周期性快速往复位移，伴有响声。一般动幅大，快速高频（图4-41）。其结果影响转速正常调节，负荷快速交变，严重危及电网、机组安全和稳定。一般多为电气故障（或微机软件）、液压卡阻所致。

图4-41 抽动

a）周期性等幅 b）非周期性等幅

（5）爬行 机组静态、空载或运行在自动平衡状态下，调速器输入频率信号不变，接力器等幅或非等幅、周期或非周期地无规则往复位移。一般动幅小，约1%左右，频率小于0.5Hz（≤0.5Hz）（图4-42）。其结果使静态指标失真，影响调节质量，改变机组转速、导叶开度及机组负荷。如控制爬行小于0.4%或不大于该值，对上述影响不大，认为是允许的。它的动作无规律，多呈锯齿状，改变调节参数，也无明显改善。一般多为元件加工、装配质量不佳所致。

图4-42 爬行(www.xing528.com)

a）单调型 b）往复型

（6）漂移 机组静态、空载或运行，自动平衡状态下，调速器输入频率信号不变，电液转换器、飞摆、引导阀及主配压阀呈现缓慢单向或双向微小位移，偏离原有平衡位置（电液转换器控制电流不平衡或不为零），导致接力器产生位移，导叶开度改变，产生机组溜负荷或增负荷等。另外如电气调节或软件故障，引起频率信号改变，也会造成液压失去平衡，使接力器或负荷变化（图4-43）。

图4-43 漂移

a）偏关（溜负荷） b）偏开（增负荷）

（7）迟阻 机组静态空载或运行在自动平衡状态下，机组转速或电气柜输出信号传送至液压系统，元件不动或无输出，或动作迟缓。其结果是由于飞摆或电液转换器、引导阀、主配压阀等位移迟缓或卡阻，使接力器不动时间过长，增减负荷迟缓，开机不成功，调节时间长，甚至无法完成转速调节任务。还会造成甩负载，机组过速和飞速等事故，严重危及机组安全运行。

（8）泄漏 调速器位于手动或自动工况，当主供油阀开启充压力油时，液压元件或整机呈现内部串油或向外部跑、冒、滴漏及渗油现象。其结果轻者影响外观及文明生产达标；严重时造成液压泵起动频繁，既耗费电能，又会引起空气渗入，造成漂移、爬行、摆动和振动，影响调节稳定性及安全运行。一般它与元件铸造外壳和元件配合、密封质量有关。

2.故障原因及处理方法

（1）故障原因 故障根源是多方面的，可分为内因和外因两大部分。

1）内因。设计计算、程序、结构先不足；制造工艺和装配、材质选用不合理或不符合设计要求；造型不合理，调速功能或调节参数选择及整定不完善；安装、检修存有缺陷；运行与维护管理不当。

2）外因：

①水力因素：水位、调压井及引水系统（钢管、蜗壳、转轮、尾水管）存在振动、脉动和涌浪等不稳定现象。

②机械因素：水轮机、发电机和永磁发电机存在振动或不同心等，易引起调速器跳动、共振或不稳定现象。

③电气因素：电压互感器受干扰、发电机转子或定子间隙不均、励磁系统振荡而电压不稳定或信号不稳定，均会造成频率波动。

（2）处理方法 首先观测机组转速（频率），负载在自动调节平衡状态下，变动范围是否超标。有条件可人为扰动调速器，并用示波器、仿真测试仪等监测机组转速、接力器位移、主配压阀位移等波形，分析其动作是否协调、正常。

依据给定机组惯性时间常数T_a及水流时间常数T_w，核算整定参数与范围是否满足稳定需求，从而判定调速器是否运行稳定。

实测PID等参数是否符合设计值，并观测电流平衡表，以信号发生器或等效电气调节装置取代原电气柜，判别是机械或电气原因。

计算调速功，并对照实测机组的有关数据，核算调速器容量选择是否正确。切换到手动运行，如故障消失，则查找外部原因；假如故障仍存在，应查找内部原因。

对已确定的故障部位，应反复测量、拆装。最终确认后，方可进行处理。

水轮机调速器液压系统故障的后果，轻者影响机组正常运行，恶化调节品质；重者造成事故，损坏设备，机组停机。因此，应引起足够的重视。实践表明，现场故障往往是电气、机械、液压问题交错重叠，外部及内部因素共同作用。一个故障往往可由一种或两种以上原因引起。有时呈现故障现象相同，但其原因却不完全相同。所以，必须仔细认真，逐次由外向内、由表及里、由首至尾，缩小范围，迅速、准确地查找出故障点，并及时加以排除，方可确保机组正常运行。