水电站水轮机调速器调试与维护措施探讨

水电站水轮机调速器调试与维护措施探讨

Summary：水轮机工况的启动过程是一个复杂的流态变化过程。调速器是水轮发电机组的重要组成部分,负责调节水轮机运转状态与实现并网功能,调速器运行工况对水轮机组整体工况造成深远影响。然而,早期水电站项目受诸多因素影响,调速器调试检查与维护保养工作的开展成效并不理想,机频、网频等故障问题时有出现,存在质量安全隐患。如何改善调速器调试与维护工作质量,是现阶段工作重点。本文主要对水电站水轮机调速器调试与维护措施进行探讨，详情如下。Keys：水电站；水轮机；调速器；调试；维护引言水轮机调速器是调节水轮发电机组转速的重要设备，其主要作用是根据发电机负荷的增减趋势，调节进入水轮机的水流量，保证水轮发电机组转速稳定(单机运行)。水轮机调速器自带的故障诊断功能，如频率故障诊断、开度故障诊断等，能够满足一般工作的需求，但对部分调节异常事件无法进行判断。1水电站水轮机调速器调试与维护工作的开展意义水电站项目有着现场环境复杂的特征,在调速器长时间运行期间,受到自身结构老化、错误操作、环境侵蚀、电磁干扰等多方面因素影响,偶尔出现导叶反馈错误、滤芯堵塞、组件装置灵敏度严重下滑等故障,存在质量安全隐患,造成调速器使用寿命缩短、维护成本增加等一系列后果。对此,通过开展日常维护和预防性大修等工作,可以明显降低故障率,在出现故障前期征兆时便发现问题、采取相应处理措施,将绝大多数故障消弭于无形,避免在故障期间造成实质性的影响与损失。2水电站水轮机调速器调试与维护措施2.1基于乌鸦算法的水轮机调速器参数优化目前我国水轮机调节系统大多采用PID控制，它对水电站电能质量有重要影响。调速器的比例（P）、积分（I）、微分（D）三种参数的设定决定了调节系统的调节性能，因此优化PID参数是改善系统调节能力的关键。水轮机PID调速器的方法有：传统的粒子群算法（PSO）、扰动观察法（P&O）、遗传算法（GA）等等，它们对水轮机调速器参数优化有积极的推动作用，但这些传统算法都存在普遍存在收敛速度慢、精度低和易陷入局部最优等缺陷，同时算法存在调节参数多、算法复杂、振荡幅度大的问题。学者们对传统算法的不足进行改进，提出了仿生智能优化算法。乌鸦算法（CrowSearchAlgorithm，CSA）是新型智能算法，它模拟乌鸦觅食窃取与反窃取行为。与相较传统算法，CSA算法结构简单，收敛速度快，精度高，有效避免陷入局部。目前在工程设计、图像处理等优化问题中运用。2.2基于余压发电系统的水轮机优化设计与试验(1)对装置内部流速和压力特性分析，结果表明，随着流速的增加，叶轮所受的压力增加，轮机受到的转矩增大，装置捕获的功率增加，在相同流速作用下，轮机受到的最大压力随着叶片数量的增加而逐渐加强，但是叶轮数目也不能无止境地增加，在同一轮毂上叶轮数目是有上限的，而且还要考虑叶轮过多造成流场互相干涉的情况。(2)对不同叶片数目的水斗式叶轮在不同压差情况下的水动力性能进行对比分析。结果显示，在压差低于7MPa的情况下，3种不同叶片数目的水轮机中，叶片的结构形式更有利于叶轮获得较高的转矩性能及较高的获能效率，但随着压差逐步增大到10MPa时，叶片叶轮结构能获得较好的转矩系数和获能效果。(3)对于余压发电装置进行了室内模拟试验，验证了在实际工况下，叶片的结构形式更有利于叶轮获得较高发电效率。通过对数据进行分析，证明了文中所设计的余压发电装置的可行性，拥有较好的获能效果和发电性能，也为更好地开发利用余压水流能发电提供工程参考。2.3考虑不同水电比例的多机系统调速器优化策略水电系统作为传统的清洁能源，在我国的能源供给中占有重要地位，近年来装机占比持续提升。然而在水电直流孤岛或异步互联工程形成的含高比例水电的大系统中，易发生周期为10~20s的超低频振荡现象，例如在我国的云南异步电网、藏中电网、西南电网和北欧电网均发生过类似的问题。目前认为，水电调速系统在一次调频过程中，会向电网引入一个超低频振荡模式，当系统中水电比例较高时，由于水轮机固有的水锤效应，会向该模式提供负阻尼，诱发超低频振荡，影响了电力系统的安全稳定运行。2.4基于水轮机调速器控制模型的故障诊断在比例伺服阀微机调速器构成的水轮机调节系统中，电液随动系统的闭环是在微机调节器内实现的。整个系统为经典的闭环控制调节负反馈系统，通过对频率和有功测量值与给定值进行比较计算，然后输出至执行器，将消除偏差作为最终调节目标。水轮机调速系统是一个经典的负反馈闭环控制系统，使用经典PID控制，其控制模型可简化为工况转换模型、正常调节模型。基于控制模型建立水轮机调速系统的故障诊断时，其诊断效果更为准确、快速。监控系统应优化调速器控制的报警记录，系统关键性报警完整性有助于更快捷的发现异常现象。从两种典型功率调节异常可以看出，该水电厂老式调速器控制逻辑需要进一步优化，以保证系统稳定可靠运行。2.5水电站转轮叶片定桨处理2.5.1机械方面因机组已做定桨处理，桨叶操作机构在定桨运行中已失效，为防止定桨运行后相关桨叶操作机构发生异常，对有关操作机构设备进行相应处理。（1）拆除发电机层机组受油器大、小操作油管和受油器两根压力油管，制作4个法兰堵板（厚度大于20mm）封堵现场保留受油器压力油管的法兰，对拆除的设备做好防护保管。（2）根据受油器大、小管与发电机短轴内部操作油管连接法兰位置情况，使用3mm的胶皮制作覆盖面，利用原操作油管紧固螺栓位置紧固覆盖面胶皮，胶皮对应的开腔、关腔预留平压孔洞，覆盖面胶皮外部与发电机短轴内部预留单边5mm间隙，覆盖面主要作用是防止在无大、小管情况下此处操作油管在运行中摆动幅度大磕碰主轴内壁受损。2.5.2机组定桨运行注意事项（1）设备部责任班组每天上午和下午对4号机组顶盖的振动情况、各轴承摆度和温度等进行一次巡回检查，发现异常情况时立即汇报。（2）如需要调整负荷或水头变化较大时，运行值班人员必须到现场监视机组是否出现异常振动和摆动，如出现异常运行值班人员应及时调整负荷，若处理不了或威胁机组安全时，应立即申请停机处理。（3）机组停机方式可采用正常自动停机方式，停机前需先将有功负荷减至5MW以下，无功负荷减至5MWar以下，再下停机令。（4）运行期间每2h对4号机组顶盖的振动情况、各轴承摆度和温度等进行一次巡回检查，发现异常情况时立即汇报；现场临时放置巡回检查记录本，便于巡回检查人员记录。结语总之，管理部门必须提高对水轮机调速器调试与维护工作的重视程度,积极采纳明确调试内容、采取多元化调试方式、预防性检修、推行分级维护制度等措施,以此来强化调速器调试维护工作力度,满足水轮机调速器使用需求。Reference[1]杨俊,向泽毅,丁立川,吴鸿.水电站水轮机调速器的调试与维护[J].设备管理与维修,2019(04):86-88.[2]王月.浅谈水电站水轮机调速器的调试与维护[J].科技与企业,2014(08):364.[3]杨世海.水电站水轮机调速器调