福建北津水电厂水轮机调速系统存在的问题与故障分析

西北水电・２００７年・第４期　６７　文章编号：１００６－－２６１０（２００７　Ｊ０４—ｏ０６７—Ｏ３　

福建北津水电厂水轮机调速系统　存在的问题与故障分析　

夏胜　（云南尼汝河流域水电开发有限公司，云南６７４１００）　

摘　要：灯泡贯流式机组具有重量轻、转动惯量小，其调节过程与常规机组相比有一定的特殊性。根据灯泡贯流式　机组的特殊性，主要就福建北津水电站调速系统压力输油量不足以恢复压力值、大油泵频繁启动、小油泵长时间处　于运行状态压力槽和集油槽有明显振动、小油泵过热等现象进行分析。通过现场调试验证了改变压力额定值，使　小油泵有启动问隔，使其在大波动调节后，避免长时间运行。同时，对灯泡贯流式水电站调速系统油泵选型、配置　的合理性问题进行了分析。　关键词：北津水电厂；水轮机；调速系统　中图分类号ＴＫ７３４　文献标识码：Ａ　

Ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｓｐｅｅｄ　ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｆａｕｌｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ＸＩＡ　Ｓｈｅｎｇ　（Ｙｕｎｎａｎ　Ｎｉｒｕ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂａｓｉｎ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｙｕｎｎａｎ　６７４１００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｂｕｌｂ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｗｉｔｌｌ　ｌｉｇｈｔ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｓｍａｌｌ　ｍｏｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｎｅｌｔｉａ，ａｎｄ　ｉｔｓ　ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｈａｓ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｕｎｉｔｓ．Ｉｎ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｔ　ｂｕｌｂ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｔｕｒｂｉｎｅ，ｉｔ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｖｏｌｖｅｓ　ｉｎｓｕｆｆｉ—　ｅｉｅｎｔ　ｏｉｌ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｅｌｉｖｅｒｙ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｓｐｅｅｄ　ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｒｅｃｏｖｅｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｖａｌｕｅｓ，ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ｓｔａｒｔ—ｕｐ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｏｉｌ　ｐｕｍｐ，ａｎｄ　ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｍａｌｌ　ｏｉｌ　ｐｕｍｐ　ｆｏｒ　Ｂｅｉｊｉｎ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｆｕｊｉａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｌｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｄ　ｔａｎｋ　ａｎｄ　ｏｉｌ　ｓｕｎｌｐ，ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ　ｈｅａｔ　ａｎｄ　ｏｖｅｒｌｏａｄ　ｔｏ　ｓｍａｌｌ　ｏｉｌ　ｐｕｍｐ．Ｂｙ　ｓｉｔｅ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｔｏ　ｖｅｒｉｆｙ　ｃｈａｎｇｅｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｓｔａｒｔ　ｉｎｔｅｒ—　ｖａｌ　ｆｏｒ　ｓｍａｌｌ　ｐｕｍｐ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｉｔｓ　ｌｏｎｇ—ｔｉｍｅ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ．Ｍｅａｎｔｉｍｅ．ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｐｕｍｐ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｉｚｅｄ　ｆｏｒ　ｇｏｖｅｒｎｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｂｕｌｂ　ｔｕｂｕｌａｒ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｂｅｉｊｉｎ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ；ｔｕｒｂｉｎｅ；ｇｏｖｅｒｎｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　

１北津水电站概况　２北津电站ＧＬＴ—Ｋ贯流式机组可编　北津水电站位于福建建瓯市西郊，建溪流域。　水库正常蓄水位１０８．０　ｍ，总库容为９　４４６万ｍ　，调　节水位为１．０　ｍ。装机２台，总容量为５０　ＭＷ，水轮　机型号为灯炮贯流式ＧＺＢ—ＷＰ一５５５，发电机型号　ＳＦＷＧ２５—６０／５９４０。转轮直径５．６０　ｍ，最大水头　ｌ４．２　ｍ，额定水头１０．９　ｍ，最小水头４．５　ｍ，额定出　力２５．７７３　ＭＷ，吸出高程一７．９７３　ｍ（转轮中心），年　均电能２．０７１亿ｋＷｈ。　收稿日期：２００６－０５—１０　作者简介：夏胜（１９６９一），男，浙江省丽水市人，经济师，从事　水力发电厂电气运行与检修工作．　程调速器　２．１性能特点　ＧＬＴ—Ｋ新调速器是专为贯流式水轮发电机研　制的新型电液调速器。它采用了武汉长江控制设备　研究所的“水轮机调速器的电液比例随动装置”。　水轮机调速器的电动集成随动装置电气部分采用可　编程序控制器（ＰＣＣ），配以比例集成式电液随动装　置及相应的油压装置，构成一个完整的电液调速器，　完全满足贯流式机组对调速器的多项技术要求。　其主要特点为：　（１）电气部分以可靠性极高的可编程序控制器　为其硬件的主体，软件采用统一的时变参数控制策　略，可适时辨识空载、并网和独立运行等不同工况，　

维普资讯 http://www.cqvip.com 夏胜．福建北津水电厂水轮机调速系统存在的问题与故障分析　可靠性高，稳定性好，带独立负荷能力较强；　（２）具有残压测频。根据实际需要，可增加调　速器齿盘测量频率、频率跟踪等功能，可快速并网；　（３）能够按转速、水位或给定负荷进行自动调　节，具有数字协联及波动控制的功能；　（４）触摸显示屏能显示调速系统的运行状态和　主要参数，如机组频率、电网频率、导叶开度、桨叶开　度、调节器输出、协联输出和调节器的诸参数。具有　多种显示面，包括调速器的各种状态及故障指示。　能显示调速系统的动态过程数据；　（５）以ＰＬＣ专用通讯协议方式方便的实现与　上位机的通讯；　（６）用电液比例阀直接控制主配压阀，结构简　单、调整方便，可靠性高，耗油量小；　（７）具有双冗余可编程调节器，２套调节器互　相独立，互为主备用，在主调节器专线故障时，自动　切主备用通道，在２套调节器都故障时，可自动的保　持机组故障前所带负荷，并切换为电手动运行。　２．２　电气部分主要技术参数　比例系数０．５—２０；　积分系数０．０５—１０（１／ｓ）；　微分系数０～５（Ｓ）；　永态转差系数ｂ　０～１０％；　频率人工失灵区Ｅ　０～１．０％；　频率给定范围．　５０　Ｈｚ±５　Ｈｚ；　功率给定范围Ｐ。０—１２０％；　水位给定范围Ｈ　±２０％；　电源：ＡＣ２２０　Ｖ　≯２００　Ｗ：　ＤＣ１１０　Ｖ或２２０　Ｖ　≯５０　Ｗ　２．３机械液压部分主要技术参数　主配压阀名义直径１００　ｍｍ：　工作油压　６．３　ＭＰａ；　压力油罐容积　６．０　ｍ　；　滤油精度　≤２０；　２．４结构布置　ＧＬＴ—Ｋ系统调速器的结构设计，充分考虑了　贯流式机组的特点和要求，其电柜为标准电柜，布置　于机旁，调速器的机械液压部分和油泵、电机等布置　于回油箱上，压力油罐与回油箱分开。均布置于运　行层；压力油罐与回油箱的联接油管置于管道沟内，　厂房无须设置专门的管道层，即可节省土建费用，又　使主厂房内布置得整齐、宽敞、方便运行。　３存在的问题与故障现象　３．１．１大电机一泵组　大泵组使用的螺杆泵利用互相啮合的３根螺杆　来排送油液，转子泵、壳体、衬套和端盖组成油泵的　泵体。在大波动调节时较频繁。另外，与其连接的　出油组合阀阀体经常卡阻、偏位，造成集油槽震动，　有轰鸣声与不出油现象。　３．１．２大阀组　当系统工作压力超过准许值时，阀组的安全阀　自动打开，将油排入回油箱，防止油泵和压力油罐过　压。　３．１．３小电机一泵组　小电机一泵组固定在回油箱上，小泵使用的是　外啮合齿轮泵。但实际上小电机一泵组容量偏小，　在机组正常的小调节范围也难以补给额定压力。　３．１．４，Ｊ、阀组　小阀组由单向阀和安全阀组成。齿轮泵通过单　向阀将压力油送入压力油罐，当系统工作压力超过　准许值时，阀组的安全阀自动打开，将油排入回油　箱，防止油泵和压力油罐过压。　３．２故障原因分析　３．２．１　油泵　３．２．１．１大油泵　北津电站调速系统单机共有２台大调节油泵，１　台小油泵。在生产实际运行过程中，经常遇到调节　负荷、开机、停机等情况下，瞬间压力下降较明显，起　动大油泵较频繁。而且大油泵的出口组合阀阀杆会　出现偏位，造成卡阻，引起集油槽震动，产生轰鸣声。　经过现场调查，原因为：　（１）在机组调节负荷时，接力器压力损失较大，　特别是调节大负荷；　（２）开机、停机时负荷调节；　（３）油压装置设定的启动油泵定值偏高；　（４）手动补气时。　３．２．１．２小油泵　小油泵作为调速系统常规压力补充，以达到额　定值的范围，维持机组的正常运行。北津电站２台　机组的调速系统，小油泵都出现输油量不足以恢复　压力值，长时间处在运行状态，致使压油槽和集油槽　有明显温升。同时，小油泵过热与过载。这一现象　原因为：　（１）贯流式机组的水流特性，引起的调节系统　调节频繁；　（２）小油泵的选型；　

３．１油泵选型不合理　３．３　（３）小油泵起动与停止的时间整定值。　故障处理方法　

维普资讯 http://www.cqvip.com 西北水电・２００７年・第４期　６９　３．３．１压力油槽油压下降较快　结合北津电站一段时间运行的情况看，压力油　槽油压下降快的原因主要是由于前面提到的几点。　根据其常用油压为６．０～６．３　ＭＰａ，事故低油压５．０　ＭＰａ，最低许用油压为４．６　ＭＰａ。导叶操作油从油压　装置经调速器主配压阀控制操作２只０４００导叶接　力器。压力油罐供油作为调速器操作油和机组自动　化液压控制元件的操作油源，导叶接力器开启腔管　路上还设有分段关闭阀组和重锤关机用卸压阀组，　导叶分段关闭装置由一只节流阀和一只液控单向阀　组成。当接力器关至全行程约４０％时液控单向阀　关闭，压力从旁通的节流阀通过，卸压阀组在重锤关　机时将接力器开启腔油排向集油槽。同时接力器的　关闭腔可吸人无压油。　桨叶操作油从压油罐通过受油器经主轴操作油　管至桨叶接力器来实现桨叶的开关动作。所以，在　压力油槽油压下降较快时可作如下处理：　（１）如当时只有备用油泵运转，应检查主用油　泵动力电源，操作电源无异后手动启动主用油泵，如　能启动，应检查自动回路，压力传感器部分，有能启　动则应检查动力电源及热源件、保护回路部分；　（２）若油泵打不上油，应检查集油箱油位是否　太低，安全阀、空放阀是否动作；　（３）如２台油泵均启动且打油正常，应检查管　路有否跑油。调节负荷是否过快，导叶、轮叶是否有　比较大的抽动现象；　（４）若２台油泵均未启动，需检查动力电源及　操作回路是否正常。若动力电源正常，应手动启动　油泵，若仍无效，应暂停该机调节负荷，检查操作回　路及动力电源是否正常，并设法恢复；　（５）若２台油泵手动不能启动时应停机；　（６）如因厂用电消失等原因，２台油泵都不可　能短时间内恢复正常，则需停机；　（７）如遇压油槽油位过低，则应将轮叶限制不　动；　（８）检查自动充气装置是否失灵，如果电磁阀　未关闭，则应手动关闭进气阀，如压力过高，应适当　放气；　（９）如油面过低，作机组事故停机；　（１０）如油压装置设定的油泵启动定值偏高，则　调节主备用轮换启、停压力定值。　手动补气时，特别是在机组运行的情况下，一定　要考虑现场油压装置，高压气机的实地运行工况。　在补气与排油时，密切监视油压，以避免事故停机。　３．３．２调速系统常规压力下降　北津电站２台机组的调速系统，小油泵存在功　率、容量偏小，启动与停止的时间整定值偏低。根据　这一现象，就其定值进行了调整。　（１）在充分考虑经济效益的前提下（不更换小　油泵），检查小油泵的功率、容量是否合理；　（２）从小油泵的启动、停止时间间隔试验着手，　逐步调整它的最合理时间（原设定为６．０５　ＭＰａ启　动，６．１５　ＭＰａ停止，后调整为６．１０　ＭＰａ启动，６．３０　ＭＰａ停止。）；　（３）进一步检查调整以后的间隔，能否满足机　组正常运行时的补压能力，保证机组正常运行时的　额定压力范围；　（４）检查压油槽和集油槽是否还存在温升（达　正常值）。　经过现场调试，最终确定小油泵启动压力定值　为６．１０　ＭＰａ，停止为６．３０　ＭＰａ。通过一段时间的观　察，运行正常。解决了由于小油泵启动与停止的时　间间隔所造成的系列故障现象，从而保证了机组的　正常运行。