滿(mǎn)拉水電廠3號(hào)機(jī)調(diào)速器的故障排查與處理,水利水電論文

滿(mǎn)拉水電廠3號(hào)機(jī)調(diào)速器的故障排查與處理,水利水電論文西藏滿(mǎn)拉水利樞紐工程位于西藏自治區(qū)日喀則地區(qū)江孜縣境內(nèi)的年楚河上游,壩址距下游的日喀則市l(wèi)l3km,距江孜縣城28km,是年楚河流域規(guī)劃的一期工程,水庫(kù)總庫(kù)容l.55億m3,水電站總裝機(jī)4臺(tái),單機(jī)5MW,總?cè)萘繛?萬(wàn)千瓦,年發(fā)電量0.61億千瓦時(shí),是以灌溉、發(fā)電為主,兼有防洪、旅游等多種經(jīng)濟(jì)效益的水利工程。西藏滿(mǎn)拉水電廠首臺(tái)機(jī)組于1999年底發(fā)電,采用的是重慶水輪機(jī)廠生產(chǎn)的水輪發(fā)電機(jī)組及配套調(diào)速設(shè)備,運(yùn)行多年后,調(diào)速設(shè)備出現(xiàn)機(jī)構(gòu)卡澀、調(diào)節(jié)失靈等屢次故障,于2004年底改造成雙微機(jī)調(diào)速器,液壓部分更換成比例伺服閥和插裝閥組成的集成式調(diào)速系統(tǒng),自2005年初成功改造完成后,運(yùn)行一直很穩(wěn)定。但自2018年電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造完成以來(lái),1、2、4號(hào)機(jī)運(yùn)行良好,但3號(hào)機(jī)一直存在開(kāi)機(jī)經(jīng)過(guò)中,計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)開(kāi)機(jī)令后,調(diào)速器動(dòng)作異常,出現(xiàn)切換模件中負(fù)責(zé)切換邏輯的芯片工作不正常、B套主機(jī)模件程序芯片受干擾等異?，F(xiàn)象。期間本廠維護(hù)人員,通過(guò)更換監(jiān)控和調(diào)速之間的連接電纜,更換切換模件和主機(jī)模件,系統(tǒng)暫時(shí)恢復(fù)正常,但運(yùn)行不到一個(gè)月,又出現(xiàn)上述異常情況,造成機(jī)組正常開(kāi)機(jī)失敗,只能采取手動(dòng)開(kāi)機(jī)方式,給電廠正常運(yùn)行帶來(lái)不便。由于水輪機(jī)調(diào)速器是水電系統(tǒng)中重要的頻率和有功調(diào)節(jié)控制設(shè)備,承當(dāng)著機(jī)組的啟動(dòng)、停止、工況轉(zhuǎn)換、負(fù)荷調(diào)整等重要任務(wù),直接關(guān)系到機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為此,滿(mǎn)拉水電廠和南京南瑞集團(tuán)公司技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)3號(hào)機(jī)調(diào)速器進(jìn)行了全面的檢查,通過(guò)故障模擬、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)3號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)異?，F(xiàn)象進(jìn)行了排查,對(duì)故障原因進(jìn)行了分析,并采取了有效的措施。2故障排查考慮到監(jiān)控系統(tǒng)改造前,調(diào)速器工作正常,初步分析可能是監(jiān)控和調(diào)速系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)有串電現(xiàn)象,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控到調(diào)速器的各種開(kāi)關(guān)指令應(yīng)為無(wú)源空接點(diǎn),電源由調(diào)速器提供,若監(jiān)控開(kāi)出帶電,則可能造成串電,引起調(diào)速內(nèi)部故障,于是對(duì)監(jiān)控和調(diào)速之間的連接電纜、信號(hào)進(jìn)行了檢查和處理。監(jiān)控和調(diào)速之間的連接信號(hào)包括開(kāi)機(jī)、停機(jī)、增加、減少信號(hào)和RS485通訊電纜,首先我們對(duì)所用監(jiān)控過(guò)來(lái)的開(kāi)出信號(hào)進(jìn)行了有無(wú)源檢查,未發(fā)現(xiàn)異常電壓,RS485通訊在調(diào)速方面采用了模塊隔離,也未發(fā)現(xiàn)異常。為了進(jìn)一步排除監(jiān)控系統(tǒng)的影響,最后還是采取了隔離措施,詳見(jiàn)圖1,調(diào)速器電柜內(nèi)增加4個(gè)隔離繼電器和一個(gè)開(kāi)關(guān)電源,RS485通訊轉(zhuǎn)換模塊采用新的電源供電,與監(jiān)控相關(guān)的開(kāi)關(guān)量全部采用繼電器隔離后進(jìn)入電調(diào)。采取隔離措施,重新啟動(dòng)機(jī)組,進(jìn)入自動(dòng)開(kāi)機(jī)流程,調(diào)速器能自動(dòng)將機(jī)組正常啟動(dòng)到空載,但屢次開(kāi)機(jī)、停機(jī)后,又出現(xiàn)調(diào)速器CPU模件異常,流程不能正常執(zhí)行情況,于是將機(jī)組停下來(lái),繼續(xù)檢查調(diào)速器故障原因。排除了監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào),我們又對(duì)調(diào)速器本身機(jī)械和電氣之間的信號(hào)進(jìn)行了仔細(xì)檢查和試驗(yàn),首先機(jī)電之間的連接信號(hào)沒(méi)發(fā)現(xiàn)異常,然后在機(jī)組無(wú)水情況下,3組機(jī)調(diào)速器進(jìn)行了具體的各種工況下的機(jī)電聯(lián)調(diào)和模擬試驗(yàn),包括導(dǎo)葉變送器定位,導(dǎo)葉液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,模擬機(jī)組自動(dòng)開(kāi)、停機(jī),機(jī)組并網(wǎng),增減負(fù)荷,甩負(fù)荷等試驗(yàn),調(diào)速器均動(dòng)作正常,未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,考慮到監(jiān)控系統(tǒng)改造前調(diào)速器一直運(yùn)行穩(wěn)定,且本次改造并沒(méi)有動(dòng)過(guò)調(diào)速器內(nèi)部,因而能夠排除調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)電問(wèn)題。最后還有兩個(gè)可能的原因,一是電源系統(tǒng),如電站的電源系統(tǒng)AC220V和DC220V供電出現(xiàn)較大波動(dòng),或調(diào)速器本身的開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)異常,可以能對(duì)調(diào)速器造成影響,但因電源系統(tǒng)是公用系統(tǒng),出問(wèn)題對(duì)其他設(shè)備也會(huì)造成影響,暫時(shí)未考慮供電問(wèn)題。所以對(duì)調(diào)速器本身的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行了排查,檢查了其輸入電壓和輸出電壓,以及帶負(fù)載能力,均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。最后還有一個(gè)可能原因,就是監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)出操作的一些信號(hào),如動(dòng)作電磁閥、繼電器、電機(jī)等外部設(shè)備,有些信號(hào)如電源系統(tǒng)和調(diào)速器公用,有些電纜也和調(diào)速器混在一起,能否對(duì)調(diào)速設(shè)備產(chǎn)生影響,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員又進(jìn)一步進(jìn)行了檢查。(1)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)操作導(dǎo)葉鎖錠電磁閥投退,屢次操作,未發(fā)現(xiàn)調(diào)速器故障;(2)在現(xiàn)地操作空氣圍帶電磁閥投切、制動(dòng)電磁閥投切,屢次操作未發(fā)現(xiàn)調(diào)速器異常;(3)在現(xiàn)地操作技術(shù)供水電磁閥投切,屢次操作后,發(fā)現(xiàn)調(diào)速器出現(xiàn)異常,切換模件指示燈閃爍,不能正常切換。后來(lái)檢查技術(shù)供水電磁閥,發(fā)現(xiàn)其線(xiàn)圈功率較大,約60W,且沒(méi)有加續(xù)流二極管,其他電磁閥雖也沒(méi)有加二極管,但功率較低,約30W,監(jiān)控機(jī)組在啟動(dòng)機(jī)組時(shí),一般會(huì)執(zhí)行拔出鎖錠、退出制動(dòng)、投入技術(shù)供水等序列操作,在操作到投入技術(shù)供水電磁閥并延時(shí)退出時(shí),由于未加續(xù)流二極管保衛(wèi)電路,會(huì)對(duì)電源回路和周?chē)€(xiàn)路產(chǎn)生較大干擾,由此串入調(diào)速器內(nèi)部電路,造成內(nèi)部過(guò)壓,損壞芯片,造成故障。3原因分析電磁干擾的構(gòu)成包含必不可少的三個(gè)要素,即干擾源、傳播耦合通道和敏感設(shè)備,華而不實(shí)分析干擾源的成因是解決電磁干擾問(wèn)題的關(guān)鍵。查看相關(guān)資料,我們知道:切斷正在運(yùn)行的電感線(xiàn)圈可能產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。由于,電感線(xiàn)圈中的電流變化必然產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),電流變化率越高,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的低頻分量將通過(guò)某種途徑傳導(dǎo)到相連電路中,而高頻分量將會(huì)通過(guò)輻射而耦合到相關(guān)電路中,成為嚴(yán)重的電磁干擾。因而,必須對(duì)探測(cè)設(shè)備的電磁干擾信號(hào)進(jìn)行抑制,并分析產(chǎn)生電磁干擾的原因,以便采取有針對(duì)性的電磁兼容性措施,保證整個(gè)設(shè)備正常工作電磁干擾的基本傳播途徑有兩條:分別是傳導(dǎo)耦合和輻射耦合,由于上述電磁閥均采用DC220V電源,該電源同時(shí)給調(diào)速器供電,因而在干擾源(電磁閥)和敏感設(shè)備(調(diào)速器)之間存在電路連接,存在傳導(dǎo)輻射;另外,由于電磁閥的接線(xiàn)和調(diào)速器的接線(xiàn)沒(méi)有分開(kāi),部分走線(xiàn)混在一個(gè)端子排內(nèi),干擾源和敏感設(shè)備之間還存在輻射耦合。經(jīng)過(guò)分析,我們確認(rèn)監(jiān)控系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)前操作技術(shù)供水電磁閥、空氣圍帶電磁閥、制動(dòng)電磁閥投切時(shí),由于上述電磁閥線(xiàn)圈,十分是功率較大的技術(shù)供水電磁閥,未按通常要求增加續(xù)流二極管保衛(wèi)回路,在電磁閥(感性負(fù)載)線(xiàn)圈忽然失電時(shí),在線(xiàn)圈兩端將產(chǎn)生極大的反電壓,電壓幅值V=L*didt華而不實(shí)L為線(xiàn)圈感抗,i為線(xiàn)圈電流,可見(jiàn)當(dāng)線(xiàn)圈電流忽然變化時(shí),將產(chǎn)生極高的反電壓(電壓方向與原來(lái)電流方向相反),該電壓極高,需要找到釋放回路,對(duì)于其相關(guān)電路連接部分的回路可能造成影響,造成薄弱環(huán)節(jié)絕緣擊穿。同時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)大的電源回路干擾信號(hào)。上述電磁閥線(xiàn)圈通斷時(shí),若未加保衛(wèi)回路,可能造成220V供電回路異常,同時(shí)可以能造成與上述電磁閥操作回路有關(guān)的電纜回路上產(chǎn)生很大的信號(hào)干擾,主要是干擾電壓很高,通過(guò)電氣回路傳輸?shù)诫娬{(diào)相關(guān)回路,造成電調(diào)部分絕緣耐壓較薄弱部分產(chǎn)生擊穿,可能造成芯片損壞。4處理措施分析清楚原因后,我們就能夠采取針對(duì)性措施,首先是抑制干擾源。我們針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)出操作的電磁閥線(xiàn)圈信號(hào)進(jìn)行了抗干擾處理。如此圖2所示,針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)前操作的技術(shù)供水電磁閥、空氣圍帶電磁閥、制動(dòng)電磁閥的投切線(xiàn)圈,按通常要求增加了續(xù)流二極管保衛(wèi)回路,二極管采用IN4007,反向電壓約為1000V,能夠保證當(dāng)電磁閥忽然失電時(shí),產(chǎn)生的反壓將通過(guò)續(xù)流二極管釋放,這樣就不會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓,不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生影響。隨后我們對(duì)其他可能產(chǎn)生影響的感性負(fù)載,如蝶閥開(kāi)啟和關(guān)閉操作的兩個(gè)電磁閥、油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣電磁閥的線(xiàn)圈也增加了二極管保衛(wèi)回路,確保整個(gè)電站自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性。第二種措施就是切斷耦合通道,主要方式方法是將調(diào)速器和電磁閥電源系統(tǒng)分開(kāi),電纜走線(xiàn)分開(kāi),由于DC220V電源屬于公用系統(tǒng)暫時(shí)無(wú)法分開(kāi)供電,現(xiàn)場(chǎng)主要將兩者的電源線(xiàn)及信號(hào)線(xiàn)等分開(kāi)走線(xiàn),避免干擾信號(hào)的影響。上述整改完成后,我們?cè)跓o(wú)水情況下,針對(duì)上述電磁閥進(jìn)行了屢次投切操作,調(diào)速器均運(yùn)行正常。后通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)調(diào)速器進(jìn)行了自動(dòng)開(kāi)機(jī)、并網(wǎng)、調(diào)整負(fù)荷、停機(jī)等試驗(yàn),機(jī)組均運(yùn)行正常。由此可見(jiàn),上述電磁閥的投切干擾是造成調(diào)速器工作不正常的主要原因,采取二極管蓄流回路后起到了較好的效果。自2018年初處理完畢后,機(jī)組開(kāi)停機(jī)操作均正常,當(dāng)前已穩(wěn)定運(yùn)行三年多,上述故障的發(fā)現(xiàn)及排除為電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行及提高自動(dòng)化水平提供了有力保障。5經(jīng)歷體驗(yàn)總結(jié)為了提高電子設(shè)備的電磁兼容能力,必須從開(kāi)場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)就要給予它足夠的重視。為此,要充分分析電子設(shè)備可能存在的電磁騷擾源及性質(zhì);電磁干擾可能傳播的途徑及易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件。進(jìn)而,在設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)對(duì)策,這樣能夠部分消除可能出現(xiàn)的電磁干擾,減輕調(diào)試工作的壓力。針對(duì)詳細(xì)出現(xiàn)的電磁干擾,從接收電磁干擾的電路和元器件的表現(xiàn),分析出電磁騷擾源之所在及電磁干擾可能傳播的途徑,再采取適宜的解決辦法。從源頭抓起,往往是最根本的方式方法。對(duì)開(kāi)斷電感性負(fù)載電磁閥所產(chǎn)生的電磁干擾可采用如下電磁兼容性措施。一是采用獨(dú)立電源供電。由于設(shè)備與電磁閥采用同一電源供電,當(dāng)電磁閥關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾很容易通過(guò)公用電源傳導(dǎo)給探測(cè)設(shè)備。為此,該探測(cè)設(shè)備應(yīng)當(dāng)采用獨(dú)立電源供電,以防止電磁閥關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾的傳入。二是采用電磁兼容性措施,如采用電壓過(guò)零型固態(tài)繼電器控制電磁閥的開(kāi)斷。或采用全橋整流后的直流給電磁閥供電。三是對(duì)干擾信號(hào)采取吸收措施,1、采用壓敏電阻2、采用瞬態(tài)電壓抑制二極管。瞬態(tài)電壓抑制二極管對(duì)快速變化的電感性干擾信號(hào)的吸收作用較好,本次采用的就是這種方式方法并獲得了非常好的效果。6結(jié)束語(yǔ)隨著水電廠無(wú)人值班、少人值班需求及建設(shè)的不斷增加,電站自動(dòng)化水平也日益提高,越來(lái)越多的電氣控制設(shè)備入駐電廠,監(jiān)控、保衛(wèi)、勵(lì)磁、調(diào)速器等設(shè)備作為水輪發(fā)電機(jī)組的核心控制設(shè)備,在日益復(fù)雜的電磁環(huán)境中遭到了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。我們必須重視水電站存在的不可忽視的電磁干擾問(wèn)題,本文通過(guò)滿(mǎn)拉電廠機(jī)組開(kāi)機(jī)經(jīng)過(guò)中存在的調(diào)速器電磁干擾問(wèn)題,追根朔源地分析了電站中電磁干擾源的產(chǎn)生和傳播途徑,并提出了切實(shí)有效的處理方式方法,采用抑制干擾源,阻斷干擾傳播通道等方式方法有效地解決了困擾電站多時(shí)的開(kāi)機(jī)異