[科普中国]-水轮机调速器

水轮机调速器是水轮发电机组非常重要的辅 助控制设备之一．它的运行品质的好坏直接决定了 机组的安全和稳定运行。降低水轮机调速器的故障 率是提高机组运行可靠性的最行之有效的手段。

概述电力是我国的工业生产和日常生活应用的重要能源之一，随着我国不可再生资源的日益减少，水力发电的优越性日益显示。水轮机调速器 作为水电厂的重要设备，对水电站的正常运行起到关键作用，与水电站 能否正常发电的工作密不可分，一旦调速器出现故障，将直接关系到水 轮机组乃至电力系统的安全稳定运行，因此水电站工作人员重视水轮机 调速器的调试和维护工作，及时调试、检修、维护水轮机调速器，才能最大程度的避免水轮机调速器出现问题，进而保证水电站正常工作。

功能水轮机调速器作为水轮机的重要构成部分，也是实现对水轮机进行调节的关键部分。为保证水轮机的正常运转，并据此保障水电站的正常、稳定运行，水轮机调速器一般具备两种功能：并网功能和调节功能。其中，并网功能是实现对水轮机运转状态进行自动调整的重要条件。在水轮机正常运转过程中，工作人员通过电脑向水轮机下达运转状态调整指令，随后水轮机调速器具备的并网功能可依据相关指令，对水轮机的运转状态进行自动调整，有利于保障水轮机的稳定运转。调节功能作为水轮机调速器的主要功能，也是体现水轮机调速器价值的功能，其的作用是对水轮机运转速度、水流量、功率等进行调节。即在水轮机运转过程中，工作人员可依据需求，利用调速器所具备的调节功能，将水轮机的转速、功率、水流量等调节至恰当的数值，以此保证水轮机运转的安全性和稳定性，进而为水电站的安全、稳定运行提供保障。1

调试水轮机调速器作为水轮机的重要构成部分，其的结构极为复杂，也直接影响着水轮机的运转效果。在水电站运行中，要想确保水轮机能够正常运转，必须要保证水轮机调速器所具备的功能可以正常发挥作用。基于此，在使用水轮机的时候，应对水轮机调速器进行调试，以便为水轮机的正常、稳定运转予以支持。为保证水轮机调速器的调试效果，相关工作人员应对水轮机调速器的工作原理有一定的了解，并且要掌握相应的调试技术、方法和流程，最好是具备一定的水轮机调速器调试经验，以便更好地开展水轮机调速器调试工作。

对于水轮机调速器的调试，可通过两个步骤来完成，即实验和检测。在对水轮机调速器进行调试的时候，相关工作人员应先对水轮机进行静态和动态的实验，以便据此对水轮机调速器使用过程中可能出现的各方面问题进行检测，从而为水轮机调速器的正常使用提供保障。1

维护水轮机组调速器运行性能的好坏，除与本身的设计和制造工艺有关外，还与其日常维护情况有着密切的关联，良好的维护可以保证调速器的运行长期保持在比较好的状态，促使其使用寿命延长。水轮机的日常维护工作主要有以下几方面：

一、调速器良好工作条件的保持

（1）确保水轮机组的运行状况正常。在水轮机空载运行状态下，大型调速器的转速偏差值应保持在±0.2%以内；中型调速器应保持在±0.3%以内；小型调速器应保持在±0.4%以内。

（2）调速器在储存和运输过程中的环境温度应保持在-5~40℃之间，相对湿度在90%以内，不应有酸碱盐等腐蚀性气体，并且应预防粉尘、雨雪的损害。

（3）调速系统所用润滑油的油质应选用与国标GB11120中46号机油相同或相近的机油，运行油温保持在10~50℃之间。

（4）调速器在运行过程中，其润滑油油压的变动值应保持在工作油压的±5%以内，在调节过程中的油压变动值应保持在工作油压的±10%以内。

二、调速器的常规检查

调速器的常规检查内容主要有：确保调速器工作环境整洁，防止液压管道中有灰尘进入，影响液压系统的正常运行；防止液压油受潮气影响，液压油水分过高一方面会对设备造成腐蚀，同时一旦液压油在管道中快速运动有大量气泡产生，则会造成油路不畅，甚至造成液压油外溢；检查导阀活塞是否有卡阻现象，一旦发现应尽快进行处理观察机组在运行过程中不仅电机动作是否频繁、温度变化是否在规定范围以内；检查各部件安装是否牢靠、计量表和监控画面指示是否正常；检查监控界面的各项数值是否与设备实际运行状态相符；注意监控系统是否有故障报警信息发出。

三、调速器的常规维护

调速器维护注意是调速油路和电气系统的检查。其主要内容有：调速器润滑油应定期进行处理或更换，正常情况下每年进行一次，新装或大修设备应在两个月内至少进行一次。滤油器每周要进行一次清洁，当前后压差过大时应立即进行更换或清理。工作油泵和备用油泵每周进行一次轮换。定期检查电气部分的设备运行情况，对电气设备的输出数据与历史数据和实验数据进行比较，判断其运行状态是否正常，及时发现故障隐患并提前进行处理。对事故停机电磁阀的动作情况每月进行一次检查，以保证动作发生时，保护器的有效性。

四、调速器的状态监测

水轮机调速器状态监测主要是通过计算机实现对调速器状态的实时监测，掌握设备运行状态，主要包括各种检测、测量、监视、分析、判别方法，结合系统历史与现状，综合考虑环境因素，评估设备运行状态，判断其是否处于正常状态，并对状态加以显示、记录，对异常状态做出报警，以便运行人员及时处理，为设备故障分析、性能评估、合理使用与安全工作提供基础数据。典型水轮机组调速系统状态监测系统主要包括四大组成部分：①传感及变送器；②调速器控制柜；③工控机及人机界面；④后台综合诊断监测系统。整套系统采用分层分布式结构，各种传感器安装于被监测设备上，调速器控制柜负责数据采集，并进行一般数据处理、换算与报警，通过通信和工控机相接。工控机负责复杂数据处理、存储，以统一信息平台为基础，实现水轮机组调速系统相关状态数据的采集、特征计算、实时监测、故障录波、性能试验数据记录，为后台机组综合在线诊断和状态检修辅助决策系统提供可靠数据源。2

电磁干扰干扰传播电磁干扰的基本传播途径有两种，分别是传导耦合和辐射耦合。如图2所示，传导耦合是指在干扰源与敏感设备之间存在完整的电路连接时，电磁干扰通过连接电路从干扰源传播到敏感设备。辐射耦合是指电磁干扰通过其周围的媒介以电磁波的形式向外传播到敏感设备。

由于产生瞬态脉冲干扰的电磁阀与调速器电气控制柜采用的是同一电源供电，电磁干扰能量可沿着金属导体传播至电气控制柜内的数字电路，形成干扰效应。另外，电气控制柜密封性不强，干扰电磁场通过柜体上的孔洞、缝隙进入控制柜内部，形成对内部设备的干扰。

应对措施接地、屏蔽和滤波是电子设备和系统在进行电磁兼容性设计过程中通用的三种主要的电磁干扰抑制方法。水轮机调速器正是从这三个方面人手采取了相应的措施，增加干扰在传播途径上的衰减，同时在设计时注意选用相互干扰较小的元器件，结构上注意器件的合理布局。

一、接地

接地技术是抑制电磁干扰、提高电子设备电磁兼容性的重要措施，良好的接地能降低电路共用的接地阻抗所产生的干扰电压，又能避免产生不必要的接地环路，以免感应外来磁场的干扰或者产生干扰电位差。

水轮机调速器采取的接地措施有：

(1)安全接地：调速器内安装接地铜牌，柜内设备显示器、控制器PCC、开关电源和插座的接地点用黄绿接地线直接连接到接地铜牌上。

(2)信号接地：调速器内将电路按照信号特性分组，相互不会产生干扰的电路放在一组，一组内的电路采用串联单点接地，不同组的电路采用并联单点接地，这样既解决了公共阻抗耦合的问题，又避免了地线过多的问题。

二、屏蔽

抑制以场的形式造成干扰的有效方法是电磁屏蔽，屏蔽就是对两个空间区域以某种材料进行隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。

水轮机调速器采取的屏蔽措施主要有：

(1)调速器控制柜柜体除具有机械支撑和保护作用外，在设备的屏蔽中起到关键性作用，调速器采用封闭钢质柜体，内置硬铝板作为器件安装底板，柜门缝隙处安装连续的电磁密封衬垫，保证了柜体的密封性。

(2)导叶/桨叶位移传感器、有功功率变送器、压力变送器、液位变送器等模拟量信号的传输线采用屏蔽双绞线，且不同的模拟量信号线独立走线，有各自的屏蔽层，低压数字信号线采用屏蔽线，控制信号的传输线也采用屏蔽双绞线。

三、滤波

滤波技术是抑制电气、电子设备传导电磁干扰，提高装置传导抗扰度水平的主要手段。

针对不同信号的特征和功能，调速器应用了不同的滤波策略。

(1)调速器同时采用交流电源和直流电源互为热备用供电，对于电源的处理主要是通过双重供电模块来实现的。两路电源分别经过隔离、整流，进入滤波模块，经整流、滤波处理后转换为电源输出，保证了装置的可靠供电。

(2)导叶/桨叶位移传感器信号进入调速器后，使用独立的信号隔离器对采集到的信号进行隔离、滤波，变换后的信号进入PCC控制器模拟量输入通道，确保了桨叶位移传感器测量的精准性。

(3)电网频率和机组残压测频信号经隔离变压器后，通过滤波、隔离、整形等处理送人PCC控制器的测频模块。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所