水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)措施探討

水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)措施探討

Summary：水輪機(jī)工況的啟動(dòng)過程是一個(gè)復(fù)雜的流態(tài)變化過程。調(diào)速器是水輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分,負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能,調(diào)速器運(yùn)行工況對(duì)水輪機(jī)組整體工況造成深遠(yuǎn)影響。然而,早期水電站項(xiàng)目受諸多因素影響,調(diào)速器調(diào)試檢查與維護(hù)保養(yǎng)工作的開展成效并不理想,機(jī)頻、網(wǎng)頻等故障問題時(shí)有出現(xiàn),存在質(zhì)量安全隱患。如何改善調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)工作質(zhì)量,是現(xiàn)階段工作重點(diǎn)。本文主要對(duì)水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)措施進(jìn)行探討，詳情如下。Keys：水電站；水輪機(jī)；調(diào)速器；調(diào)試；維護(hù)引言水輪機(jī)調(diào)速器是調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的重要設(shè)備，其主要作用是根據(jù)發(fā)電機(jī)負(fù)荷的增減趨勢，調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)的水流量，保證水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定(單機(jī)運(yùn)行)。水輪機(jī)調(diào)速器自帶的故障診斷功能，如頻率故障診斷、開度故障診斷等，能夠滿足一般工作的需求，但對(duì)部分調(diào)節(jié)異常事件無法進(jìn)行判斷。1水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)工作的開展意義水電站項(xiàng)目有著現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜的特征,在調(diào)速器長時(shí)間運(yùn)行期間,受到自身結(jié)構(gòu)老化、錯(cuò)誤操作、環(huán)境侵蝕、電磁干擾等多方面因素影響,偶爾出現(xiàn)導(dǎo)葉反饋錯(cuò)誤、濾芯堵塞、組件裝置靈敏度嚴(yán)重下滑等故障,存在質(zhì)量安全隱患,造成調(diào)速器使用壽命縮短、維護(hù)成本增加等一系列后果。對(duì)此,通過開展日常維護(hù)和預(yù)防性大修等工作,可以明顯降低故障率,在出現(xiàn)故障前期征兆時(shí)便發(fā)現(xiàn)問題、采取相應(yīng)處理措施,將絕大多數(shù)故障消弭于無形,避免在故障期間造成實(shí)質(zhì)性的影響與損失。2水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)措施2.1基于烏鴉算法的水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化目前我國水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)大多采用PID控制，它對(duì)水電站電能質(zhì)量有重要影響。調(diào)速器的比例（P）、積分（I）、微分（D）三種參數(shù)的設(shè)定決定了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能，因此優(yōu)化PID參數(shù)是改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的關(guān)鍵。水輪機(jī)PID調(diào)速器的方法有：傳統(tǒng)的粒子群算法（PSO）、擾動(dòng)觀察法（P&O）、遺傳算法（GA）等等，它們對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器參數(shù)優(yōu)化有積極的推動(dòng)作用，但這些傳統(tǒng)算法都存在普遍存在收斂速度慢、精度低和易陷入局部最優(yōu)等缺陷，同時(shí)算法存在調(diào)節(jié)參數(shù)多、算法復(fù)雜、振蕩幅度大的問題。學(xué)者們對(duì)傳統(tǒng)算法的不足進(jìn)行改進(jìn)，提出了仿生智能優(yōu)化算法。烏鴉算法（CrowSearchAlgorithm，CSA）是新型智能算法，它模擬烏鴉覓食竊取與反竊取行為。與相較傳統(tǒng)算法，CSA算法結(jié)構(gòu)簡單，收斂速度快，精度高，有效避免陷入局部。目前在工程設(shè)計(jì)、圖像處理等優(yōu)化問題中運(yùn)用。2.2基于余壓發(fā)電系統(tǒng)的水輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)(1)對(duì)裝置內(nèi)部流速和壓力特性分析，結(jié)果表明，隨著流速的增加，葉輪所受的壓力增加，輪機(jī)受到的轉(zhuǎn)矩增大，裝置捕獲的功率增加，在相同流速作用下，輪機(jī)受到的最大壓力隨著葉片數(shù)量的增加而逐漸加強(qiáng)，但是葉輪數(shù)目也不能無止境地增加，在同一輪轂上葉輪數(shù)目是有上限的，而且還要考慮葉輪過多造成流場互相干涉的情況。(2)對(duì)不同葉片數(shù)目的水斗式葉輪在不同壓差情況下的水動(dòng)力性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果顯示，在壓差低于7MPa的情況下，3種不同葉片數(shù)目的水輪機(jī)中，葉片的結(jié)構(gòu)形式更有利于葉輪獲得較高的轉(zhuǎn)矩性能及較高的獲能效率，但隨著壓差逐步增大到10MPa時(shí)，葉片葉輪結(jié)構(gòu)能獲得較好的轉(zhuǎn)矩系數(shù)和獲能效果。(3)對(duì)于余壓發(fā)電裝置進(jìn)行了室內(nèi)模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證了在實(shí)際工況下，葉片的結(jié)構(gòu)形式更有利于葉輪獲得較高發(fā)電效率。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，證明了文中所設(shè)計(jì)的余壓發(fā)電裝置的可行性，擁有較好的獲能效果和發(fā)電性能，也為更好地開發(fā)利用余壓水流能發(fā)電提供工程參考。2.3考慮不同水電比例的多機(jī)系統(tǒng)調(diào)速器優(yōu)化策略水電系統(tǒng)作為傳統(tǒng)的清潔能源，在我國的能源供給中占有重要地位，近年來裝機(jī)占比持續(xù)提升。然而在水電直流孤島或異步互聯(lián)工程形成的含高比例水電的大系統(tǒng)中，易發(fā)生周期為10~20s的超低頻振蕩現(xiàn)象，例如在我國的云南異步電網(wǎng)、藏中電網(wǎng)、西南電網(wǎng)和北歐電網(wǎng)均發(fā)生過類似的問題。目前認(rèn)為，水電調(diào)速系統(tǒng)在一次調(diào)頻過程中，會(huì)向電網(wǎng)引入一個(gè)超低頻振蕩模式，當(dāng)系統(tǒng)中水電比例較高時(shí)，由于水輪機(jī)固有的水錘效應(yīng)，會(huì)向該模式提供負(fù)阻尼，誘發(fā)超低頻振蕩，影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.4基于水輪機(jī)調(diào)速器控制模型的故障診斷在比例伺服閥微機(jī)調(diào)速器構(gòu)成的水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，電液隨動(dòng)系統(tǒng)的閉環(huán)是在微機(jī)調(diào)節(jié)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)系統(tǒng)為經(jīng)典的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)負(fù)反饋系統(tǒng)，通過對(duì)頻率和有功測量值與給定值進(jìn)行比較計(jì)算，然后輸出至執(zhí)行器，將消除偏差作為最終調(diào)節(jié)目標(biāo)。水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)典的負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，使用經(jīng)典PID控制，其控制模型可簡化為工況轉(zhuǎn)換模型、正常調(diào)節(jié)模型?；诳刂颇Ｐ徒⑺啓C(jī)調(diào)速系統(tǒng)的故障診斷時(shí)，其診斷效果更為準(zhǔn)確、快速。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)化調(diào)速器控制的報(bào)警記錄，系統(tǒng)關(guān)鍵性報(bào)警完整性有助于更快捷的發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。從兩種典型功率調(diào)節(jié)異常可以看出，該水電廠老式調(diào)速器控制邏輯需要進(jìn)一步優(yōu)化，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。2.5水電站轉(zhuǎn)輪葉片定槳處理2.5.1機(jī)械方面因機(jī)組已做定槳處理，槳葉操作機(jī)構(gòu)在定槳運(yùn)行中已失效，為防止定槳運(yùn)行后相關(guān)槳葉操作機(jī)構(gòu)發(fā)生異常，對(duì)有關(guān)操作機(jī)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)處理。（1）拆除發(fā)電機(jī)層機(jī)組受油器大、小操作油管和受油器兩根壓力油管，制作4個(gè)法蘭堵板（厚度大于20mm）封堵現(xiàn)場保留受油器壓力油管的法蘭，對(duì)拆除的設(shè)備做好防護(hù)保管。（2）根據(jù)受油器大、小管與發(fā)電機(jī)短軸內(nèi)部操作油管連接法蘭位置情況，使用3mm的膠皮制作覆蓋面，利用原操作油管緊固螺栓位置緊固覆蓋面膠皮，膠皮對(duì)應(yīng)的開腔、關(guān)腔預(yù)留平壓孔洞，覆蓋面膠皮外部與發(fā)電機(jī)短軸內(nèi)部預(yù)留單邊5mm間隙，覆蓋面主要作用是防止在無大、小管情況下此處操作油管在運(yùn)行中擺動(dòng)幅度大磕碰主軸內(nèi)壁受損。2.5.2機(jī)組定槳運(yùn)行注意事項(xiàng)（1）設(shè)備部責(zé)任班組每天上午和下午對(duì)4號(hào)機(jī)組頂蓋的振動(dòng)情況、各軸承擺度和溫度等進(jìn)行一次巡回檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)立即匯報(bào)。（2）如需要調(diào)整負(fù)荷或水頭變化較大時(shí)，運(yùn)行值班人員必須到現(xiàn)場監(jiān)視機(jī)組是否出現(xiàn)異常振動(dòng)和擺動(dòng)，如出現(xiàn)異常運(yùn)行值班人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整負(fù)荷，若處理不了或威脅機(jī)組安全時(shí)，應(yīng)立即申請(qǐng)停機(jī)處理。（3）機(jī)組停機(jī)方式可采用正常自動(dòng)停機(jī)方式，停機(jī)前需先將有功負(fù)荷減至5MW以下，無功負(fù)荷減至5MWar以下，再下停機(jī)令。（4）運(yùn)行期間每2h對(duì)4號(hào)機(jī)組頂蓋的振動(dòng)情況、各軸承擺度和溫度等進(jìn)行一次巡回檢查，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)立即匯報(bào)；現(xiàn)場臨時(shí)放置巡回檢查記錄本，便于巡回檢查人員記錄。結(jié)語總之，管理部門必須提高對(duì)水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)試與維護(hù)工作的重視程度,積極采納明確調(diào)試內(nèi)容、采取多元化調(diào)試方式、預(yù)防性檢修、推行分級(jí)維護(hù)制度等措施,以此來強(qiáng)化調(diào)速器調(diào)試維護(hù)工作力度,滿足水輪機(jī)調(diào)速器使用需求。Reference[1]楊俊,向澤毅,丁立川,吳鴻.水電站水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試與維護(hù)[J].設(shè)備管理與維修,2019(04):86-88.[2]王月.淺談水電站水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試與維護(hù)[J].科技與企業(yè),2014(08):364.[3]楊世海.水電站水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)