刍议水电厂水轮机调速器及接力器的改造策略

刘宇鹏

【摘 要】在能源枯竭问题日益严重的今天，水力发电作为对环境影响較小的可再生能源，目前虽然已经得到了社会的广泛关注，但在水电机组设备问题的影响下，电厂的发展却仍然面临着很多的困难，而水轮机调速器及接力器的问题则正是其中之一。为此，本文对水电厂水轮机调速器及接力器的常见问题进行了分析，并在此基础上围绕水轮机调速器及接力器的改造展开了探讨，希望能够对水电机组运行稳定性的提升起到一定帮助。

【关键词】水轮机;调速器;接力器

引言：水轮机是水力发电机组中的动力机械，而调速器与接力器则是水轮机的重要组成部分，其中调速器主要用于调节水轮机转速，对空载摆动、空载扰动、甩负荷、不动时间等运行数据进行测试，接力器则通常属于控制操作装置，二者对于水轮机乃至整个水电机组的运行都有着非常重要的影响。因此，无论调速器还是接力器，只要出现了故障问题，水电站的日常运行都会受到影响，而对于水轮机调速器及接力器的改造也是非常必要的。

一、水电厂水轮机调速器及接力器的常见问题

（一）调速器线路老化问题

水轮机调速器作为调节水轮机转速的重要设备，其内部各元件均由模拟式集成电路构成，由于这类电路的热稳定性与抗干扰能力均比较差，因此在长期高负荷运转的状态下，很容易出现老化问题，并引发线路短路、烧毁等各种故障，从而影响调速器的正常运行。另外，水轮机调节器为单调节通道，任何元件出现故障都会使调速器系统受到影响，因此一旦调速器线路出现老化故障，往往很难迅速判断出故障位置及故障原因，维修难度也是相对较高的。

（二）调速器自动化问题

水轮机调速器最初主要为手动调速器以及手控电动调速器为主，近年来随着自动化控制技术的发展，自动调速器开始逐渐成为主流并在水电厂水轮机中得到了广泛应用。与传统调速器相比，当前国内水电厂水轮机所安装的自动调速器虽然能够完成自动开机等无人操作，但由于调速器对于机械开度有着明确的限制，因此并不能够实现远程控制，只能在现场先对机械开度限制机械进行操作，之后水轮机调速器才能够自动开启，这与其他自动化控制设备相比存在着很大的限制，同时也在一定程度上影响了水电厂水轮机的运行效率[1]。

（三）调速器性能问题

从当前水电厂对水轮机的功能要求来看，当前水轮机调速器在性能上仍存在着不小的问题。一方面，随着国内水力发电行业的不断发展，各水电站的发电能力都得到了很大的提升，水电机组对于水轮机调速功的要求也大大提高，但在很多水电站中，由于水轮机自动调速器的引入时间较早，因此其水轮机调速器接力器的调速功并不能够满足水电机组的调节性能要求。另一方面，部分水轮机调速器目前只能够对空载、负载两组固定参数进行调节，而在水电机组复杂的运行工况下，两种简单的调节参数显然是无法满足水电机组调节性能需求的。

（四）调速器接触问题

从水轮机调速器的内部结构原理来看，无论是对于调速功的调节还是对频率的调节，都需要依靠伺服电机来驱动电位器进行控制，但由于伺服电机与电位器间的接触并不稳固，因此在进行自动发电控制时，经常会出现调速器反应过慢、机械空载开度限制无法实现自动变化的情况，必须要由人工进行调整才能够继续运行，最终使水电机组运行效率受到了影响。

（五）接力器部件刚度问题

接力器作为水轮机的重要组成部分，在设计阶段通常并不会对刚度提出专门的要求，但由于接力器位于集油箱内部，推拉杆、活塞环、作用筒密封盘根等部件很容易受到油压的影响，因此在水轮机运行过程中，如果油压持续提高并高出一定界限，那么这些配件都可能会因刚度不足而出现损坏，并造成不同的故障问题。例如接力器作用筒密封盘根损坏后会导致渗油问题，而推拉杆损坏则可能会使接力器无法控制。

（六）接力器检修问题

位于水轮机集油箱内部的接力器虽然节省了很大的空间，但却给检修工作带来了很多的困难。一方面，在接力器出现问题后，由于其位于集油箱内部，无法直接进行观察，因此很难及时发现，即便确定接力器出现故障，也只能先将电气柜、集油槽等部件拆除再进行观察与故障诊断，其过程十分麻烦，维修效率也比较低。另一方面，集油槽油箱内部虽然预留出了一定的检修空间，但由于检修空间十分狭小，因此检修与维护工作很难展开，这同样影响了检修工作效率。

二、水电厂水轮机调速器及接力器的改造策略

（一）合理选择调速器

在水电厂水轮机调节性能要求不断提高的背景下，很多水电厂所采用的原有调速器已经很难满足水电机组实际运行需求，必须要更换性能更加优异的调速器，而在对调速器的选择上，则需要对以下几方面问题加以注意：首先，受应用时间等因素的影响，国产调速器在工作效率上与部分发达国家的调速器相比仍存在着一定的不足，但由于国外水力发电行业习惯及调速器控制系统语言都与国内存在较大的差异，因此实际应用起来难度非常大，如非特殊情况应尽量选择国内调速器进行更换。其次，在不同水电厂的水电机组运行需求差异较大的情况下，调速器的功能要求虽然应根据实际情况而定，但在总体上应符合结构简单、抗油污能力强、静态耗油量小等机电要求，在运行稳定性、可靠性、安全性上也必须要符合相关行业要求[2]。最后，由于当前水电厂的水轮机调速器基本均为自动化的可编程调速器，因此在功能设计上应充分考虑到水电机组的自动化控制要求。例如在运行模式上，应根据水电机组复杂的运行工况来设计频率调节、开度调节、水位控制等多种运行模式，以保证调速器调节功能的灵活性;而在人机交互界面的设计上，则要选择彩色触摸屏，以提高调速器操作的便捷性以及信息显示的全面性、清晰性。

（二）更换接力器

在调节器改造中，对于接力器设备同样需要进行更换。一方面，当前水轮发电机组对调速功的要求均在3000kg.m以上，因此在选择或设计接力器时，必须要按照这一标准进行，以保证接力器能够满足发电机组的调速功要求。另一方面，接力器的各项性能参数同样是选择接力器时所需要考虑的重要因素，如液压缸缸径、接力器容量、控制杆杆径等，都必须要根据发电机组的实际运行要求来进行选择。

（三）应用抗干扰技术

由于水电厂内部的电气设备较多，很容易对水轮机调速器的信号输入输出造成干扰，影响调速器反应速度，因此在调速器改造过程中，应对磁电隔离、光电隔离等抗干扰措施进行应用，对调速器内部输入、输出通道进行抗干扰处理，以提高整个系统的抗干扰能力。

（四）应用冗余系统结构

从总体上来看，水轮机调速器的故障问题是比较多样的，很难完全通过设备改造、更换来进行规避，因此在改造过程中，还需采用冗余系统结构对调速器进行设计，一方面利用软件模块来实现调节器的各项调节功能，另一方面则要在系统内部增设容错与自诊断功能，这样即便调节器出现接力器无法及时反馈、电液转换器卡阻等故障问题，调节器也能够在容错模式下继续保持稳定性运行，不会对水力发电造成影响[3]。

（五）调整油压

为降低集油箱内油压对接力器部件造成的金属疲劳损伤，接力器改造中应对油压装置的额定工作压力进行适当调整，具体压力值可根据接力器部件的刚度情况及调速器运行需求而定。

（六）调整接力器布置方式

为方便接力器故障检修与维护，可将其从集油箱内取出，布置在水轮机层机墩外部，这样既可以便于观察，检修空间也更大，一旦接力器发生故障，无论是检修成本还是检修效率都能够得到提升，另外，由于接力器的布置发生了改变，因此还需对机械液压系统的管路进行重新设计。

结束语：总而言之，调速器作为水电厂水轮机的重要辅助设备，其在性能、接力器布置方式、自动化设计等方面虽然存在着不小的问题，但通过对调速器、接力器设备的改造与更换，这些问题仍然能够得到有效解决的，而调速器的功能作用也会在改造后实现进一步提升。

参考文献：

[1]蓝晓溪，陈启明，肖鹏等.组合式水轮机调速器的改造探讨[J].小水电，2018（04）：49-54.

[2]魏闻天，薛海波，纪庆周.柴河电站水轮机调速器技术改造[J].中国水能及电气化，2016（06）：42-45.

[3]张家勇.长龙水电厂水轮机调速器及接力器的改造[J].科技创新与应用，2016（07）：94-95.

（作者单位：松花江水力发电有限公司吉林丰满发电厂机械工程处）