水电站调速器概述及故障处理.doc

电站调速器概述及故障处理2.2.1主要参数（1）导水叶接力器全开、全关时间全关时间320s全开时间320s（2）空载和负载时调整时间参数比例系数K ：0.520积分系数K ：0.0510微分系数K ：05永态转差系数bp：010%2.2.2 技术性能调速器技术性能符合国家“水轮机调速器及油压装置技术条件”GB/T9652.1-1997 的要求，主要性能指标如下：转速死区i0.04%桨叶随动系统不准确度i1.0%导叶静态特性曲线非线性度3%甩10%15%负荷时，导叶接力器不动时间tq0.2s机组自动空载频率摆动值f0.15%（相当于0.15Hz）备用电源切换、手自动切换时导水叶开度变化1%机组带稳定负荷运行时，导叶波动1%调速器抗油污能力：滤油精度100m机组频率信号电压正常工作范围：0.2130V，正常测频范围：5100Hz电网频率信号电压正常工作范围：0.2130V，正常测频范围：4555Hz2.3 调速器的主要特点（1）调速器采用了块式直连型机械液压系统，主配为加工件，机械液压部分用全液压集成块结构，技术先进，可靠性高。（2）由交流伺服电机和滚珠螺旋副组成的电-机转换环节，具有不用油、断电自保持、免维护、可靠性极高等特点。（3）采用了可编程控制器作为硬件主体，使整机平均无故障运行时间提高到MTBT15000h。（4）调速器具有多种运行模式，如频率调节、开度调节、水位控制和功率调节等，能适应不同运行工况的要求。（5）同时设有机械开度限制和电气开度限制，操作灵活，运行可靠。（6）频率（转速）的测量由PLC 实现，外围电路简单，提高了整机的抗干扰能力及可靠性。（7）频率调节模式采用PID 调节规律，开度和功率调节模式采用PI 调节规律。（8）具有与上位机的通信接口(RS-232C)，便于实现电站计算机控制。2.4 微机调节器的调节特性（1）频率偏差环节频率死区特性，见图1。频率死区单边值E，显然，当E=0 时，f=f。图1 频率死区特性其中，FJ 为与机组频率fJ 成比例的数字信号；FW为与电网频率fW成比例的频率给定数字信号；FG 为与机组频率和电网频率同一比例关系的频率给定数字信号；（2）PID 调节特性，见图2。记录PID 特性时，微机调节器输出换算成相对值，y：0100%。（3）微机调节器的静特性，见图3。（4）开机特性，见图4。 在停机等待状态时，接到开机令调速器即将导叶开启至第一开机开度yKJ1(图中b 点) 机组频率45Hz，调速器即将导叶关闭至第二开机开度yKJ2(图中d 点)并投入PID，转入空载工况。图2 PID特性图3 调速器静特性图4 开机特性图5 停机特性（5）停机特性，见图5。 接到停机令后，导叶即由当时开度以第一停机速度将导叶关闭。 当导叶关闭至30%开度时，再以第二停机速度将导叶关闭至全关位置，同时转入“停”。2.5 运行状态转换调速器运行状态的转换见图6。图6 调速器运行状态转换2.6 电气操作介绍2.6.1上电检查合上交流、直流电源开关，上电后，如果机频45Hz，且导叶开度6%，则调速器进入停机等待状态，导叶关到零。如果机频45Hz，且导叶开度6%，油开关未投，则调速器进入空载状态，有电网频率信号则机组频率跟踪电网频率，无电网频率信号则机组频率跟踪给定频率。如果机频45Hz，且导叶开度6%，油开关合，则调速器进入负载状态，调速器进入开度调节模式。2.6.2停机备用当机组处于停机备用工况时，微机调节器应合上交直流电源，并处于自动工况，机械液压系统应接通额定压力油。2.6.3开机调速器在停机备用状态，频率调节模式。当接到开机令时，机组进入开机过程。另外：（1）调速器与机组进入空载时，有网频信号的情况下，机频自动跟踪网频，具有精度高，PID 调节精确，不接收外部手动操作，可使机组快速、平稳地同期并网，这也是该调速器的最大优点之一。（2）如果特殊情况下，没有网频输入，调速器自动解除网频跟踪，并转而跟踪内部频率给定，频率给定值可以修改。（3）在自动开机过程中，如果机频因故障消失，调速器将自动发出机频故障显示并报警。第二段开机25s 后如机频还不能恢复则自动停机。2.6.4并网当机组油开关合上后，调速器处于负载状态，进入开度调节模式。并网后，当“参数修改”画面中选择了模式手动时，调节模式可以在频率模式、开度模式、功率模式之间通过机组状态进行切换。注意：空载状态下只能是频率模式。另外：（1）并网后如调度中心要求机组担任调频任务，则调速器必须处于频率调节模式。（2）如果调度中心要求机组担任额定负荷调节，则调速器可处于功率调节或开度调节模式下运行。（3）并网后油开关信号必须接触可靠。三种调节模式间的转换关系见图7。图7 三种调节模式间的转换关系2.6.5停机当调速器接到停机令后，导叶在电气两段关闭方式下关至零，调速器回到停机等待状态。2.7 一般故障处理（1）机频故障原因：信号线断开，隔离变压器损坏。现象：机组频率显示无数值，指示机频故障，调速器维持原位不动。处理步骤：首先将调速器切到机械手动运行（如有可能应停机）。信号消失或断线：根据原理图，从测频模块到PT 逐步查找故障点。排除故障后，调速器一切正常才可以切到自动运行。（2）网频故障原因：信号线断开，隔离变压器损坏。现象：指示网频故障，调速器维持原位不动。处理步骤同机频率故障。（3）功率反馈故障原因：反馈线断；在功率模式下，增减负荷过快；开限未打开；功率变送器损坏。现象：指示功率反馈故障；调速器从“功率模式”自动切换到“开度模式”，发报警信号。处理步骤：检查功率变送器与信号线。若是增减过快，可减慢增减负荷速度，或者与厂家联系，修改相应程序。（4）导叶反馈故障原因：位移传感器反馈断线或损坏反馈电位器反馈断线或损坏“开度模式”增减开度给定过快开限没有打开现象：指示导叶反馈故障；发报警信号。处理：根据不同的故障原因，可采取：1)打开电气开限。2)减慢开度给定速度，或与厂家联系，修改相应程序。3)若位移传感器故障，修复或更新后应调整零点与满度。零点与满度的调整方法将在后面介绍。4)若反馈电位器故障，应换掉电位器，并重新安装与调整。（5）导叶突然全开现象：指示导叶反馈故障，导叶开度表无指示，平衡表指向最大。处理：检查外接线端子看导叶反馈输入是否有反馈电压：如果没有反馈电压，则说明反馈断线，应检查导叶反馈装置中的插头是否松动，W1 和W2 是否开路或损坏。2.8 导叶反馈的零点调整和满度调整在运行过程中因检修的需要或者意外事故，如发现导叶反馈零点和满度输出不对，应在退出运行后关闭进水阀，对导叶反馈装置重新进行零点调整和满度调整。导叶反馈电位器接线图如图8。（1）零点调整用机械手动将导叶全关，松开紧固螺钉，调节W1（1k圆形电位器）中心轴，测量a 与b 间的电压，使该电压值为0.5V，然后锁紧紧固螺钉，注意不要完全调为0V，否则自动运行时接力器不能压紧行程。（2）满度调整用机械手动将导叶全开，调节W2（750矩形电位器），测量a 与b 间的电压，使该电压值为9.810V之间，注意不要超过10V，否则自动时接力器不能开到全开位置。注意：以上步骤均应在无水条件下进行。图8-3 特殊故障出现与处理机组运行近两年后，1 号机组突然出现故障，紧急甩负荷停机。运行人员按检查程序检查机组后没有发现其他问题，决定重新开机，多次开机不成功，出现的状况是发开机令后，机组转速达到25%左右后就停机。因为当地正处于干旱缺水的季节，只有TISABAY II 电站的青尼罗河水源充足，其他电站由于缺水无法满负荷发电，给本已供电紧张的电网雪上加霜。调速器电气部分的平均无故障时间应该大于15000h，调速器与机组进入空载时，有网频信号的情况下，机频自动跟踪网频，具有精度高，PID 调节精确，不接受外部手动操作，可使机组快速、平稳的同期并网，如果特殊情况下，没有网频输入（比如电网没电），调速器自动解除网频跟踪，并转入内部频率给定调节；在自动开机过程中，如果机频因故障消失，调速器将自动发出机频故障显示并报警，第二段开机25s 后如机频还不能恢复则自动停机。到现场后，号机调速器已经断电。为了查清原因，我们调用了发生故障时的故障报告记录，并认真听取了运行人员的介绍，由于本电站采用了计算机实时监控系统（SCADA），故障报告保存完好，帮助了我们查找事故原因。据运行人员介绍，事故发生后，再度开机时，调速器工作失常，具体表现为：发自动开机令后，机组辅助设备系统运转正常，然后发命令给调速器，导叶打开，转速上升，电调柜上指针式转速表有指示，且逐步上升到50Hz 左右，此时调速器数字显示屏上仍然无任何显示（此信号来自发电机出口母线的电压互感器上，正常情况下，当转速达到约18Hz 时开始有显示），当导叶开度达到20%左右时，导叶自动向关闭方向动作，直至全关，机组停机，发回到中控室的报警信号是“调速器故障”。我们判断为调速器的测频回路发生了故障。现场调速器上电检查发现，调速器已经死机，因为在停机状态下，检查PLC 外部接线没有问题，合上调速器的直流和交流双路电源，调速器面板上用于表示调速器正常工作的指示灯不亮，说明调速器死机了。采用笔记本电脑和PLC 连接重新给调速器内部上传程序的方法，解决了此问题，重新合上电源，调速器本身运行正常。后来查找到了调速器死机的原因：电厂运行人员在检查测频回路时，将100V 网频信号(来自网频电压互感器TV3)输入到机频回路时，没有将接在机频回路端子上的原有两根线断开，导致100V 交流电反送到另一台机频电压互感器(TV2)二次侧线圈，产生了大电流，烧断了TV3 二次侧熔断器的同时，在调速器背后的接线端子上产生了电火花，导致了PLC 的死机。PLC 正常后，用信号发生器输出一个50Hz、100V的信号直接接到调速器柜的机频和网频端子上，此时调速器柜面板上的数字显示值交替显示50Hz，表明调速器的测频回路已经没有问题。拆除信号发生器，恢复原来接线，然后更换了TV3 二次侧的熔断保险。用纯手动方式开机，将转速维持在50Hz 左右，此时，测得TV2 二次侧和调速器机频输入端子上的电压为0.165V。根据上述现象判断，发电机出口电压互感器二次侧电压过低（低于0.3V）是导致电调柜测频回路不能投入工作的主要原因。在正常起机的情况下，当导叶开度到达19%左右时，转速上升，转速达到约18Hz时，机端电压互感器TV2 二次侧电压即达到0.3V 以上（调速器测频回路信号电压的范围是：0.3130V 之间），调速器测频回路开始投入工作，面板上开始有数据显示，当机组频率大于45Hz 时，投入PID 控制，导叶开度被自动关至17%左右，机组的转速开始跟踪网频。开机令下达之后，开机程序开始计时，如果在35s钟内测频回路仍不能投入正常工作，即机组频率仍达不到45Hz，调速器就会自动关机，发“调速器故障”信号。处理方法：机组纯手动启动，并使机组的转速维持在额定转速，手动加励磁使发电机出口电压达到额定值，此时机组运行正常。运行十几分钟后，手动停机。将操作手柄转到自动起机状态，发起机命令，机组正常起机，并网发电。事故结论：1 号机组在正常满负荷运行中，励磁电流回路开关（Field Breaker）突然跳开，导致转子失磁，定子电压下降，无功功率进相，强烈的电枢反映导致转子电压及电流极性转换，变为负值。电气保护立即动作，跳开发电机断路器，机组紧急停机。转子电压电流的反极性，大大降低了转子的剩磁，导致再度开机时，发电机定子残压过低，在TV2 二次侧的电压不足0.3V，以致调速器柜无法测到机组频率而停机。而用纯手动开机，然后在励磁柜手动起励就解决这个问题。至于在正常运行中励磁回路开关为什么会突然跳开，分析原因有两条：一是继电保护动作的结果，二是人为的作用，在SCADA 故障记录中没有任何继电保护导致跳磁场开关的记录，应判断人为误操作所致。4 结束语运行实践证明，KZT-100 型可编程调速器是目前功能完备，抗油污能力强，可靠性高的、适用于中小型水轮发电机组的微机调速器。Tis Abay II 电站调速器自投运以来运行良好，虽然出现过故障，但经我方人员及时处理，为埃塞俄比亚的电力供应作出了巨大贡献。