张家勇
摘 要：长龙水电厂水轮机调速器存在着操作工不足、接力器漏油和检修不便等诸多问题，文章结合长龙水电厂水轮机调速器及接力器的改造，分析设备问题的成因并提出相应的解决方法，改造取得了圆满成功，可供电厂改造或新建电厂调速器选型安装学习参考。
关键词：长龙水电厂；调速器；接力器；技术改造
引言
长龙水电厂位于广东省蕉岭县石窟河干流上，电厂装有一台4.0MW混流式水轮发电机组，水轮机型号HLA244-LJ-120，于1994年投产。机组投运后，水轮机调速器系统虽然不断进行完善，但仍然出现许多不利于机组安全运行的因素，突出表现在调速器输出的调速功不足、调速器主配压阀频繁抽动等，为了消除上述调速器故障隐患，提高电站的自动化程度和设备可靠性，减轻值班人员的劳动强度，电厂决定对水轮机调速器及接力器进行技术升级改造。
1 调速器介绍及存在的问题
水轮机调速器的主要作用是调节水轮机转速的设备，是水轮发电机组重要附属设备之一，能使机组转速保持恒定并承担启动、停机、紧急停机、增减负荷等任务。调速器主要由调速柜（电气柜和机械柜）、接力器、油压装置三大部分组成。长龙水电厂自投运以来，水轮机调速器一直不断进行完善。目前，电厂使用的调速器是微机调速器，型号为DZYWT-1800，PLC采用三菱公司的FX2N系列可编程控制器，电液转换器采用交流电机伺服装置，交流伺服电机通过滚珠螺旋自复中装置直接连接主配压阀，接力器额定工作压力为6.0 MPa。调速器电气柜、接力器和油压装置均布置在发电机层机墩旁，接力器布置在集油槽油箱内部，固定在集油槽油箱侧壁上，接力器推拉杆伸出集油槽油箱外面与传动轴连接，传动轴引到水轮机层与导水叶控制环推拉杆连接，这样接力器就可以通过控制传动轴转动来控制水轮机导叶动作，油压装置采用皮囊式蓄能罐。水轮机调速器机械液压原理图如图1所示。
水轮机调速器在经过多年的运行后，主要出现了以下问题：
（1）调速器运行中经常出现抽动现象，易造成滚珠螺旋自复中装置卡阻，且漏油量大，油泵电机经常启动。
（2）水轮机调速器接力器调速功仅有1800kg.m，不满足水轮发电机组设计所需调速功为3000kg.m的要求。2010年，为了提高接力器调速功，以满足水轮发电机组调节性能的要求，电厂将额定工作油压由6.0 MPa提高到了7.0 MPa。
（3）油压提高后，明显感觉到接力器推拉杆的刚性不够，存在安全隐患，而且接力器活塞环及作用筒密封盘根容易损坏，接力器推拉杆轴销与作用筒之间密封处渗油。
（4）由于接力器布置在集油箱内，不易于观察，出现问题无法及时发现。检修维护接力器时，需拆除并吊走安装在集油槽油箱盖板的调速器电气柜，拆开集油槽油箱盖板，而且集油槽油箱内部检修空间狭小，检修人员不易于展开工作，检修维护很不方便。
以上问题已经严重影响了水轮发电机组安全可靠运行，并增加了检修维护工作量，需要对水轮机调速器及接力器进行改造。
2 改造方案
（1）调速器的选择及更换。由于可编程微机调速器DZYWT-3000功能上满足电厂选型需要，而且与当前使用的调速器DZYWT-1800是同系列产品，只须更换与其匹配的交流伺服机和主配压阀即可，原有调速机电气柜可以不作改变，这样选择可以减少经济成本和改造工程量，因此电厂决定采用DZYWT-3000型可编程微机调速器。该调速器不仅技术性能优越，而且机构新颖，结构简单，抗油污能力强，静态耗油量小，是一种新型水轮机调速设备.对于新建的中、小型电站或者老电站的调速器技术改造都具有很强的实用性。DZYWT-3000型可编程微机调速器主要功能特如下：
a.该调速器系统结构简洁合理，运行稳定可靠，技术性能指标优良，便于维护修理；机械液压随动系统采用标准的工业液压元件组成，运行可靠，维护简单。
b.采用皮囊式蓄能器，由于油气隔离，不需补气也可长期工作，减少调速器运行时日常维护工作量。
c.采用了高性能的可编程控制器作为调节器的硬件，平均无故障时间MTBF≥30000小时。
d.采用彩色触摸屏作为调速器与运行人员的人机接口，具有显示信息量大、清晰、准确、操作方便等优点。
e.调速器具有多种运行模式，如频率调节、开度调节、水位控制和功率调节等，能适应不同运行工况的要求。
f.设有电气开度限制，操作灵活，运行可靠，且易于实现自动-手动的无条件，无扰动转换。
h.具有与上位机的通讯接口，便于实现电站计算机控制。
（2）接力器的设计与更换。现有调速器接力器调速功仅有1800kg.m，实际上水轮发电机组所需调速功达3000kg.m，因此需要对接力器重新进行设计。最终选定的接力器参数：液压缸最大行程 S=360mm，缸径=φ200mm，杆径=φ100mm，接力器容量=8.5L，工作油压=6.0Mpa。为便于观察接力器的日常运行和检修维护，将接力器布置在水轮机层机墩外，取消原有内置于集油箱内时所需要的传动轴，按照改造要求重新设计、生产接力器和控制推拉杆之间连接的传动轴。
（3）根据接力器的布置要求重新设计机械液压系统管路。
（4）油泵、皮囊式蓄能器、集油槽油箱及其它结构保持不变。
改造后的调速器机械液压原理图如图2所示。
3 试验情况
3.1 静特性试验
静特性试验主要目的是检查调速器转速死区和非线性度。将调速器处于自动空载状态，设定参数Bp=6%，Bt=20%、Td=5s、Tn=0s，机频从50Hz开始每隔0.3Hz变化一次，使接力器单调上升或下降，记录机频和相应的导叶行程值，频率、导叶行程如图3所示。
静特性试验
试验结果：转速死区ix<0.02%（国家标准要求小型调速器ix≤0.10%），符合要求。
3.2 空载摆动试验
试验要求：手动空载工况下测定机组在3min内的转速摆动值，其摆动相对值不超过0.3%。测得数据fmax=50.67Hz，fmin=50.49Hz，求得△f=（fmax-fmin）/2■×100%=0.18%≤0.3%，符合标准要求，试验合格
3.3 自动开停机试验
试验要求：自动开停机过程中，要求动作迅速，开机时超调量不超过±0.5Hz，无波动停机时接力器全关时间不得大于4s。给开机令，导叶开度由0开至20%，机组稳定后再给停机令，整个过程中各项数据符合标准要求，试验合格。
3.4 甩负荷试验
设置调速器空载调节参数：Bt=22；Td=6；Bp=4；Tn=0.10。甩100%负荷时，机组最高转速上升为38%，满足调保计算转速上升率不大于45%的要求；蜗壳水压上升率41%，满足调保计算不大于50%的要求；在转速变化过程中，超过额定转速3%以上的波峰不超过2次，从机组甩负荷起，到机组相对偏差小于±1%为止的时间比值不大于15。甩100% 负荷过程各项指标满足国标要求。
4 改造效果
可编程微机调速器及接力器的更换改造，提高了水轮机调速器系统对速动性、安全性和可靠性的要求，减少了检修维护工作量，具体改造效果如下：
（1）采用DZYWT-3000可编程微机调速器，相较于之前的
DZYWT-1800微机调速器，伺服电机输出功率高，工作更稳定、可
靠。
（2）调速器接力器调速功由1800kg.m提升到3000kg.m，达到设计值，提高了调速器系统的动作可靠性和安全性。
（3）油压装置额定工作压力由7.0Mpa降回到6.0Mpa，缓解了调速器系统的金属疲劳损伤。
（4）接力器由原来布置在封闭的集油槽油箱内改为布置在水轮机层机墩外，易于观察设备运行情况，检修接力器时可以直接对接力器本体进行检修，省掉了排压力油、解体调速器等麻烦工序，大大改善了检修维护条件，降低了工作劳动强度、检修时间和检修成本。
（5）取消原有布置所需调速轴，接力器直接与控制环推拉杆连接，简化了机械结构，提高了调速器系统的速动性。同时，设备比以前更简单美观，腾出了厂房工作空间。
5 结束语
长龙水电电厂水轮机调速器及接力器改造后所有技术指标均达到了改造技术协议和国家及行业标准要求，达到了改造的目的，本次改造是成功的。
参考文献
[1]周泰经，吴应文.水轮机调速器实用技术[M].北京：中国水利水电出版社，2010.
[2]周海蒙，吴庆超.三插溪水电站调速器的技改实践[J].小水电，2013，3：65-66.
[3]李平学，刘宁.李家峡水电站4号机组调速器改造[J].陕西电力，2009，9：72-75.
