SAFR-2000型水轮机调速器运行中的异常分析及处理

生产技术经验总结汇编SAFR-2000型水轮机调速器运行中的异常分析及处理陈明【摘要】SAFR-2000型水轮机调速器采用双微机双通道冗余控制结构，运行可靠性高，被广泛应用于混流式、轴流式、贯流式水轮发电机的控制调节，但在运行中也存在一些问题。本文介绍了国电万安水电厂使用的SAFR-2000型水轮机调速器的主要功能及调节控制原理，针对该调速器在运行中出现的异常，分析了异常产生的原因以及发电运行人员应采取的处理办法。【关键词】SAFR-2000型水轮机调速器；主要功能；调节控制原理；异常分析；处理方法0引言水轮机调速器是电厂的重要调节设备，它根据电网负荷的变化实时调节电厂有功功率的输出，并维持机组转速在规定范围内，从而控制电能频率的稳定，它的可靠运行关系到电能的生产质量和电网安全。国电万安水电厂共有5台轴流转浆式机组，其中1、2、4号机组调速器采用南瑞生产的SAFR-2000型水轮机双微机调速器（双调），具有较高的性能和较快的运算处理速度，可以较好的实现复杂的控制算法和控制规律，能稳定的控制机组运行。但在机组运行中也出现过异常，下面就对可能出现的各种异常进行分析，并介绍发电运行人员应采取的处理方法。1SAFR-2000型水轮机调速器主要功能SAFR-2000型水轮机调速器拥有新型三十二位硬件核心，采用双微机双通道冗余控制结构，并配以大屏幕真彩液晶显示屏。具有控制结构自适应和参数自适应的调节功能，配备在线专家系统具有频率调节模式，功率调节模式及开度调节模式，并依据不同工况自动选用。全中文信息集成显示，模拟、数字显示一体化，人机界面好易维护，易操作等特点。保证水轮发电机组迅速开机、停机、并网及增减负荷；稳定运行于空载、发电、调相、停机和手动等工况。无冲击地进行手动/自动的相互切换及双机切换。空载运行时使机组频率按预先设定的频差自动跟踪系统频率。具有自动水头和人工水头双重输入，可通过网络设定，从而有效克服水头波动及水位变送器失效的影响并保证无扰动切换。能够实时按水头修正启动开度、空载开度，能够自动按工况修正调速系统的动态灵敏度，适应各种工况对灵敏度的不同要求。具备现地控制和上位机控制双重功能，并保证控制切换负荷无扰动。图1主控窗界面图2设置窗界面生产技术经验总结汇编图3信息窗界面图4报警窗口2调速器的调节控制原理SAFR2000系统（电气柜）调节原理：SAFR-2000微机调速器（双调）将导叶开度反馈控制引入微机，增加了导叶付环数字PID控制，使导叶闭环控制更精确，调速系统的动态响应、静特性指标、开度测量准确性更好；机组运行时，SAFR-2000系统转速调节主要采用变结构、变参数、改进型PID控制，系统振荡时叠加非线性鲁棒控制规律，以抑制电力系统振荡，增加电力系统阻尼。图中有两个PID调节环，前一个称为频率主环，后一个PI调节框图称为导叶副环，PGV是负荷的给定值，由于SAFR-2000装置导叶采样周期为10ms，可通过软件来实现导叶闭环控制，能达到模拟闭环的效果。最终控制输出U0实际上是对应导叶偏差的增量信号。图5：SAFR2000系统调节原理框图空载运行时，采用频率闭环控制调节模式，并网运行时，采用开度闭环控制调节模式。调速器系统调节原理：自动控制：调速器根据设定的开度控制规律和当前的导叶、轮叶行程输入量的偏差值进行计算，得到并输出导叶、轮叶开度位置信号，经功放元件放大，交给机械液压柜的伺服比例阀进行执行。伺服比例阀将电气信号转换为液压信号，调节主配压阀动作，使导叶、轮叶接力器向开或PKDKIKpbx+++机组频率sfgf+-频率死区PKIK变送器u++导叶行程y导叶副环控制输出--功率给定GVP+频率给定生产技术经验总结汇编关方向动作。同时导叶、轮叶开度位置信号经数字位移传感器反馈给调速器电气柜进行比较，直至导叶、轮叶行程输入量的偏差值为零，调节过程结束。功放导叶手动控制模拟位移传感器数字位移传感器数字位移传感器主配位移传感器主配位移传感器伺服阀反馈伺服比例阀伺服阀反馈功放伺服比例阀主配压阀紧急停机阀主接力器受油器主配压阀导叶部分轮叶部分模拟位移传感器轮叶手动控制电柜图6：系统调节原理框图3运行中的异常分析及处理方法3.1电源故障：SAFR-2000微机调速器采用双重供电，即交流220V经过变压器隔离、整流，直流220V经过整流，然后通过二极管将两路输入电源并联，自动切换输入的交流220V和直流220V电源，经整流、滤波处理后产生直流220V电源输出，保证装置的可靠供电。其原理电路如下：图7：双重供电电路分析：该电源主要指调速器输入的开关量（开机、停机、断路器信号等）电源，如出现该故障时表示DC输入、AC输入同时消失，情况非常严重，电调将收不到所有开入信号，导叶、轮叶维持故障前的状态，不能自动协联。应检查电源空气开关及双重供电模件是否正常。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:26-Aug-2004SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\administrator\MyDocuments\swk2k\新建文件夹\用户原理图\Mbd307.DDBDrawnBy:LED1R1LED2R2TR1OUT220+OUT220-DC220IN+DC220IN-AC220IN_LAC220IN_NLED3R3D5D7D6D8D1D2D3D4F1TRANS_GNDTRANS_GNDAC输入DC输入DC输出整流滤波器整流隔离AC输入生产技术经验总结汇编Qout图五-9控制油Qin处理：调速器导叶、轮叶必须立即切至“手动脉冲”控制，注意根据协联关系曲线调整导叶、轮叶的开度，避免机组各轴承温度不正常升高及振动、摆度异常。1号机组调速器机柜没有容错阀，将其切为“手动脉冲”后要做好电柜突然来控制信号可能造成机组误开或误关预防措施，机组在发电运行时现场派人监视，必要时转移负荷，并及时通知维护人员处理。3.2机组频率故障：分析：调速器电柜转速信号取自机组出口电压互感器1YH，出现该信号原因有：（1）机组出口电压互感器一次侧高压保险松脱、熔断，二次端子接线松脱或小空气开关跳闸等。（2）调速器电柜通讯线或信号线断开、模块异常。机组并网时出现此故障，如是机组出口电压互感器1YH异常引起，机组将不能正常并网。其它原因引起的，对机组并网无影响。机组正常运行时出现此故障，不影响正常运行。因为并网后运行，调速器电柜采用开度闭环控制调节模式。处理：（1）进行机组出口电压选切或查询电压向量图初步判断故障相；检查机组出口电压互感器一次侧高压保险，二次端子与空气开关，如存在互感器本体保险熔断现象，在停机采取措施后应及时更换处理。二次端子接线松脱，应及时联系维护人员加固拧紧处理。（2）电压检查正常，应检查通讯线、信号线、模块是否出现异常，并通知维护人员处理。3.3机柜“油滤堵塞”灯亮分析：油质处理采用了双联可切换滤油器，在滤芯的前后级各有一压力表，用它可直接读出滤芯前后的压力差，另外，还加装了一只压差发讯器，当滤芯前后压差达到0.35MPa，发讯器就点亮机柜面板上的指示灯报警。处理：（1）检查滤油器前后压力表的压差，及时进行滤油器切换。滤油器在切换过程中，输出油流不会中断。因为本滤油器滤芯的安装方式是由下至上压紧，且过滤油流的方向是从外向内。（2）如切换后，滤油器前后压力表的压差仍然很大，应通知检修人员更换工作部分滤油器滤芯。更换时，只要把双切换手柄拔向另一只滤芯，即可在机组正常运转的情况下更换脏滤芯，且更换滤芯的过程中不会带进新的污染。（3）检查压差发讯器动作是否正常，压差整定值是否小。3.4励磁电源故障分析：励磁电源主要指电调的导叶（轮叶）位移传感器（旋转变压器）的激励电源，可能引起导叶、轮叶行程故障。轮叶旋变电源故障，将造成机组参与控制的轮叶行程采样值出现死值，机组调速器无法自动调节控制。处理：（1）出现该故障时若不能复归，考虑轮叶旋变参与控制，应当立即切至“手动脉冲”控制，停机处理（操作方法如4.7处理一致）。生产技术经验总结汇编（2）操作过程中应注意导、轮叶协联，防止轮叶全关时导叶快速全开导致推力瓦的损坏。（3）同时需要通知自动化人员检查旋转变压器转子线圈（是否短路或开路，若正常，可以接线解开，检查A、B套激励电源输出，若不正常，可以更换相应的输出控制模件。（4）该故障若可以复归，则说明故障可能是由于双机切换频繁引起的，因为切换时，A、B套激励电源（LAO、LBO）也要通过继电器进行切换，造成激励信号有短时间跳变，可能发生该故障。一般在工控机上复归即可。3.5导叶（轮叶）液压故障此故障说明油路或采样模块出现问题，当有开、关导叶指令时，10ms检测一次导、轮叶行程，连续3次行程无变化，报“导叶（轮叶）液压故障”。分析一：当电调“主机”套发生“导叶液压故障”、“轮叶液压故障”故障时，系统则自动切换至“从机”套运行。处理一：（1）检查调速器“从机”套运行控制正常。（2）将调速器切至“手动脉冲”控制，复归故障信号。若信号能复归，切回“主机”套运行，同时切回自动控制（切回伺服控制之前,应查看导叶平衡表在中间位置后才能切换）。（3）若“主机”套信号不能复归，机组在“从机”套控制运行，应切回自动控制，但要加强监视，及时通知维护人员处理。分析二：如信号无法复归，当“从机”套再次出现严重性故障，则直接切“容错”控制（容错控制即只有当导叶给定值与导叶开度实际值相差大于2%时，才会参与调节），仍能维持接力器自动闭环控制，调速器机柜上有“容错”灯亮或“脉冲控制”灯亮，调节精度降低，可能危及机组安全运行。图8：调速器状态转换示图状态转换条件：A：电气柜液压故障，电气柜切换接点将机械柜投入容错控制，容错控制灯点亮。B：复归电气柜液压故障，电气柜切换接点将机械柜退出容错控制，容错控制灯熄灭。伺服自动状态容错脉冲自动状态调速器自动控制方式手动状态调速器手动控制方式具有自保持开度功能紧急停机状态ABCDCDEFEFEF图4:控制方式转换图生产技术经验总结汇编处理二：（1）电柜报导叶（轮叶）液压故障，伺服阀自动调节失灵，运行人员应将其切至“手动脉冲”控制，立即检查处理。（2）首先检查功放模块显示是否正常（正常只有一个绿灯亮），24V、±15V电源，伺服反馈等是否正常，然后检查主配反馈是否在中位，电柜输出板开关电压是否正常，排除以上电气故障后，再进行液压系统部分检查。（3）通知维护人员处理并安排专人在机柜旁加强监视，并做好事故预想。3.6导叶反馈异常:调速器参与控制的导叶开度信号有两套，导叶主接力器上加装了ASMWS10SG-1250型直线位移变送器为主用，导叶反馈钢丝绳提供给旋变（风洞层反馈凸轮处）反馈信号为备用。当主用出现异常，自动切换至备用，不影响机组机组正常运行。所以导叶反馈异常分为三种情况：分析一：若导叶主接力器上的直线位移变送器故障,监控报导叶行程故障，电调柜信息窗导叶行程跟踪旋变行程值，报警窗有A、B套导叶行程死值故障信号。处理一：电柜将自动切至从旋变采集的信号做为控制，不影响机组正常运行，但运行人员应通知维护人员尽快处理。有备用机组时，可按维护要求倒至备用机组运行并做好防转动安全措施。分析二：若导叶控制环至旋变处反馈钢丝绳断线,监控报导叶行程故障，电调柜信息窗中旋变行程值为“0”或死值，报警窗有A、B套导叶行程死值故障信号，同时机柜上导叶开度显示不变。处理二：不影响机组正常运行，但运行应通知维护人员尽快处理。有备用机组时，可按维护要求倒至备用机组运行并做好防转安全措施。分析三：若导叶主接力器上的直线位移式变送器故障及导叶控制环至旋变处反馈钢丝绳断线二个故障同时出现监控报导叶行程故障，电调柜信息窗中旋变行程和导叶行程值不变，报警窗有A、B套导叶行程死值故障信号，加减负荷时，报导叶液压故障，机柜上导叶开度显示不变。（导叶不切容错控制，直接切断调速器电柜至机柜的信号）处理三：（1）检查机组AGC及PQF已退出，若未自动退出应立即手动退出。（2）将机柜导叶切“手动脉冲”。检查机组处于协联运行，若机组