浅析水电站调速器改造

浅析水电站调速器改造

高泽良

广东粤电南水发电有限责任公司 广东韶关 512000

摘要：水电站系统运行中，调速器是确保水轮机保持稳定安全运行状态的重要元器件，当前我国多数中小型水电站运行周期较长，机械部件磨损现象较为严重，还存在自动化改造滞后等方面问题，对水电站运行效率和运行安全产生影响。本文在简要概述水电站调速器一般结构和功能特征基础上，分析运行和改造面临的常见问题，并提出相应的改造思路和措施，以此为相关改造工作提供参考。

关键词：水电站；调速器；技术改造

水电站调速器是在系统运行中，用于控制水轮发电机组开机、空载、并网、增减负荷及停机等功能调整的专用设备，是水轮机组运行的核心控制元器件。由于调速器在运行中常处于动作状态，并且对电能输出和系统正常运行稳定性具有直接影响，因此在实际运行不仅要做好日常维护和检修工作，还应当结合故障发生和技术发展进行针对性改造，以确保系统整体能够保持良好运行状态。

1、水电站调速器结构和功能特征

1.1 水电站调速器的一般结构

当前水电站硬件设施体系中，调速器类型较为复杂，数字化的调速器应用已经较为广泛，其主要部件由电气控制系统和机械液压系统两个基本部分组成。电气控制系统主要包括CPU模块、反馈传感器、测频模块、通讯模块、人机交互界面和供电电源等。机械液压系统则较为简单，主要是利用多个电磁阀构成集成化的机械液压系统，将调速器原有的飞摆、辅助接力器与主配压阀、杠杆等进行集成设计。虽然当前调速器整体朝结构简单化方向发展，但是在实际运行中依然需要做好运维保养工作，确保各个部件能够保持良好运行状态。

1.2 水电站调速器的功能特征

当前水电站调速器电气系统多是采用数字化管理模式，并且能够具备实时检测、诊断和处理功能，能够有效提升系统运行安全可靠水平。通过频率跟踪或频率给定、调节导叶开度等功能，实现水轮机在不同工况运行模式下的无扰动切换。通过参数的优化调整，能够确保机械系统具有良好响应速度，从而更好的提升设备运行稳定性^[1]。而集成化的机械液压系统，能够较好的提升液压油路系统的抗油污能力，使得检修和维护工作更加便利，系统运行精度也得以有效提升。基于新型调速器系统所具有的良好功能特征，当前多数中小型水电站在运行中，都不断加大系统改造力度，为水电站保持稳定运行状态奠定基础。

2、水电站调速器运行及改造面临的常见问题

2.1 主要零部件磨损严重

水电站调速器运行原则是在接收到不同指令或在采集当前运行状态数据后，通过频率调节和开度调节，实现设备的开机、停机、空载、负荷、发电转调相、转发电等多种工况转换。由于不同水电站建设时期技术水平不同，所采用的设备类型性能有所差异，使得调速器在复杂运行工况下，会出现主要零部件磨损严重的情形。例如在某水电站调速系统运行中，主配引导阀系统上次改造已接近20年，虽然运行中根据运维要求进行更换，但是依然出现磨损严重，经常卡塞和串油等现象，造成机组无法正常开机，或者在运行中无法跟踪调节机组负荷，对机组和系统运行安全产生影响。

2.2 调速系统运行设计不合理

在当前自动化、智能化技术水平不断提升背景下，水电站调速系统也必须进行完善的自动化改造，在提升操作便利性，降低运行值班人员劳动强度基础上，有效避免人为因素对运行安全造成的影响，更好的提升系统运行精度。但是当前多数水电站调速器电气系统所采用的PLC可编程控制器较为落后，功能较为单一，与最新更换的硬件无法完全兼容，由此使得调速器自动控制功能无法完全实现。例如在某水电站运行体系中，主油泵处于长期运行状态，而备用油泵则是长期待机闲置，造成性能检验缺失，日常维护不到位，在系统出现运行故障时，无法起到真正的备用作用。

2.3 自动化程度低

在当前水电站运行体系中，自动化控制已经成为主要的作业模式，成为水电站调速器系统运行的基本要求。但是受到多方面因素影响，部分水电站调速器系统自动化控制改造相对较为滞后，无法及时根据水文环境和发电要求对机组运行状态进行调节。在保护系统和紧急操作方面的功能也不够完善，由此使得水电站整体运行安全稳定性受到影响。结合自动化和智能化技术发展，对调速器系统进行完善的自动化改造，提升系统运行资源利用效率，已经成为调速器系统改造必须解决的问题。

3、水电站调速器改造的基本思路和措施

3.1 做好前期资料收集

水电站调速器系统改造是较为复杂的系统性工作，单纯依靠某些元器件的简单改造，通常难以达到良好的改造效果。在对调速器系统进行全面改造前，需要做好各个方面的前期资料收集工作。以混流立式机组调速器改造为例，资料收集主要包括如下方面内容：一是机组信息，包括水头的工作状态、额定流量及转轮直径等，根据数据准确计算调速器工作容量调节功的大小^[2]。二是确定调速器液压系统的工作压力，根据相应的技术规范要求，确定最为合适的压力参数，并确保装配工艺达到实际应用要求，避免在系统运行中出现渗漏油等现象。三是选择合适的接力器型号，根据现场空间和运行要求，确定内置或外置方式，为后续运行维护奠定良好基础。四是做好压力容器参数设计和选择，尽量选择维护简单、能够自动补气的容器，并且要尽量减少空间占用。五是要做好水轮机推拉杆端头空间尺寸数据采集，并准确计算推拉杆行程，确保计算数据误差保持在要求范围内。由于不同水电站所采用的仪器设备和现场情况有所不同，因此还应当结合实际情况做好相关运行方面的数据采集，以确保改造计划和改造措施制定能够满足水电站运行调度要求。

3.2 有针对的制定改造措施

改造措施制定是改造作业有序进行的基本参考，措施制定需要以设计图纸为基本依据，优化如下方面的改造措施：首先是根据电气量增加情况，做好相应的电缆敷设，并对拆卸的接线做好标记。其次是根据图纸设计要求做好基础预埋处理，在综合考虑运行机台、水源调配及养护作业情况，选择合适的调试时间，以尽量避免改造措施对机组正常运行带来的影响。再次是对发电机组进水前端的阀门进行优化改造，确保在出现机组供电时，厂用电能够得以有效保障^[3后是对调速器运行负荷进行合理调整，对自动化控制系统的运行参数进行准确测定，在出现机组运行故障时，系统能够直接监测到相关信息，并将参数传输至中控室。

3.3 明确改造措施实施要点

在改造过程中和改造完成后，由于调速器整体运行模式和运行参数都发生变化，因此还需要做好对应方面的优化调整。首先是在改造过程中要确保润滑油等油质保持清洁状态，避免对阀件和步进电机等精密设备造成影响，避免出现油路卡塞现象。其次是在改造完成的磨合期运行阶段，要做好各个部件和管路等位置的监测，在出现渗漏油现象时，要查找原因并做好对应的处理。再次是对于位移传感器等精密部件，应当做好防护措施，避免部分传感设备运行失效而导致的调速器运行紊乱问题，确保系统能够保持良好运行状态。

4、结束语

在水电站运行管理逐渐朝向智能化、精细化方向发展背景下，多数水电站调速器都需要进行不同形式的改造，在改造作业流程中，必须要遵循相应的规范要求，明确调速器改造的要点，在综合考虑改造成本前提下，选择最为优化的改造方案，以此更好的提升调速系统运行水平，为水电站运行经济效益和社会效益实现奠定良好基础。

参考文献

[1]余小平.水电站调速器改造探讨[J].设备管理与维修,2021(17):76-77.

[2]季松群.梅山水电站调速器改造分析[J].江淮水利科技,2020(02):21-22.

[3]雷野.新桥头水电站调速器改造设计与应用[J].小水电,2019(03):62-66.