SAFR-2000型水轮机调速器运行中的异常分析及处理

1、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

2、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。1 SAFR-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

3、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

4、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-2

5、000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，

6、直至导叶、轮叶行程输入量的偏差值为零，调节过程结束。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：DC输入DC输出隔离整流滤波器整流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：AC输入AC输入图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

7、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。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

8、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

9、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

10、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）。（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，

11、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

12、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

13、控制灯熄灭。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ASM WS10SG-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

14、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。

15、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，若机组协联已破坏，应按协联曲线将协联恢复。（3）并汇报中调及有关领导和设备专责人。向中调申请倒机。手动停机操作步骤

16、如下：操作导叶“减少”按钮，将机组有功减至“0”，同时操作轮叶“减少”按钮，将机组轮叶与导叶协联并最终减至全关。手动跳机组出口开关（也可监控顺控停机或紧急停机）。监视出口开关已拉开，机组手动逆变。将导叶关至“0”。机组转速小于20%后手动加闸。机组全停后，手动拉开机组出口刀闸。停机完成后，做好机组防转动措施，通知维护人员进行处理。3.7轮叶旋变故障:分析：报监控轮叶行程故障、调速器故障信号、机柜上轮叶“容错”灯亮或“脉冲控制”灯亮。机组参与控制的轮叶行程采样值出现死值，机组无法自动调节轮叶，导叶、轮叶无法协联，对机组运行将产生很大的安全隐患。处理：（1）检查机组AGC及PQF已退出，若未自动退

17、出应立即手动退出。（2）现场打开受油器门检查确认是否轮叶反馈钢丝绳在受油器轴承座至受油器顶部旋变段拉断。（3）将机柜导叶、轮叶“手动脉冲”按钮按下， 调整机组处于协联运行。（4）汇报中调及有关领导和设备专责人。并向中调申请倒机。停机时应采用上述手动停机操作步骤（操作方法如4.6），分阶段操作导叶“减少”按钮，减少机组有功，操作轮叶“减少”按钮调整好机组协联关系。（导叶应分阶段减少，使轮叶尽量与之协联）。3.8机柜导叶（轮叶）主配抽动分析：机械方面原因有：伺服阀由于堵塞或某种原因不能回中。 电气方面原因有：输出至伺服阀的信号不能使伺服阀恢复为电气平衡位置。出现此现象将有可能造成机组负荷不能调节到

18、位。处理：（1）将调速器切至“手动脉冲”控制，手动操作开或关导（轮）叶，使电柜给定值发生改变，跟踪手动指令。（2）再将调速器切至自动运行，观察导叶（轮叶）主配抽动情况是否消除。（3）若不能恢复，应通知自动化人员检查输出至伺服阀的信号的电气回路。（4）若电气回路无异常，通知检修人员待停机后，清洗检查伺服阀。3.9机组运行过程中，负荷调整增加不了 分析：由于机组调速系统采用开度控制调节模式，出现此异常情况，监控会报“机组有功功率调节超时”信号。产生的原因主要有：（1）电气开限太小，限制导叶向开方向动作。（2）参与调节的主用导叶开度信号反馈装置出现异常，但反馈装置有信号输出，仍然参与控制，使调节输出

19、出现错误逻辑。 处理：（1）检查机组导叶、轮叶实际开度值是否协联。（2）根据当前运行水头，对机组调速系统电柜电气开限及导叶开限进行检查，如开限限制机组导叶开度，应重新打开。（3）对参与调节的主用导叶开度信号反馈装置进行检查，如有异常，应将机组切至“手动脉冲”控制，调整导、轮叶协联，再通知维护人员并配合进行处理。（4）若反馈装置异常一时无法处理，应切“手动脉冲”运行或在确认参与调节的备用导叶开度信号反馈装置正常的情况下，应退出主用反馈装置运行，将开度反馈信号切换至备用导叶开度信号反馈装置运行。3.10机组运行过程中，导叶、轮叶不协联 分析：出现此现象的主要原因有：（1） 机组调速系统电柜水头设置

20、不符合实际值。（2） 调节过程中，调速系统通讯出现异常或中断。（3） 机组调速系统电柜CPU模块出现异常，使协联关系信号不能正常输出至机柜。（4） 参与调节的主用导、轮叶开度信号反馈装置出现异常，但反馈装置有信号输出，仍然参与控制，使调节输出出现错误逻辑。 处理：（1）检查机组运行水头设置是否存在过大或过小现象，不符合水头实际值。若有此现象，应重新设置。（2）检查调速系统通讯出现异常或中断，及时通知维护人员处理。（3）检查调速系统电柜CPU模块出现异常，及时通知维护人员处理。（4）对参与调节的主用导、轮叶开度信号反馈装置进行检查，如有异常，应将机组切至“手动脉冲”控制，调整导、轮叶协联，再通知

21、维护人员并配合进行处理。（5）若反馈装置异常一时无法处理，应切“手动脉冲”运行。如是导叶反馈装置异常，还可在确认参与调节的备用导叶开度信号反馈装置正常的情况下，将开度反馈信号切至备用导叶开度信号反馈装置运行。（6）处理过程中应注意导、轮叶协联，并注意监视机组各部轴承温度、振动、摆度。4 案例综合分析 4.1异常现象：上位机发现某台机组AGC投入情况下，监控报“有功调节超时”，中调遥调下发值为80MW,但机组负荷始终在35MW无法调节，导叶开度为52%；现场检查该机组导叶在全开，轮叶在-8度左右，主接力器上导叶位移传感器一螺丝松脱，导叶位移传感器停留在620mm左右位置。 4.2异常分析：机组A

22、GC投入，机组不断调节，主接力器不断开、关操作，安装在主接上的导叶位移传感器也随主接不断滑动。由于该机组导叶开度位移传感器为硬反馈，当导叶位移传感器与开度指针联结的螺丝松脱后，传感器不随主接滑动，固定在某一开度（52%）。调速器电调接受到的导叶开度信号始终为52%开度的码值，即调节后反馈给调速器电调的导叶开度值编码不变，而与要求调节达到的目标码值存在差距，使调速器一直往开的方向动作，直至导叶全开。而由于反馈上来的导叶开度一直维持不变，根据协联曲线，轮叶角度也始终维持在导叶开度死值相对应的开度位置（-8度）。 4.3异常处理：A、当时的处理及出现的异常情况: 维护人员27日处理导叶变送器脱落时，在没有做任何措施的情况下，将导叶变送器直接移至100%开度，那么反馈给调速器的导叶开度从52%变为100%，导致轮叶角度从-8度直接开至当前水头下的轮叶开度，机组负荷瞬间超额定