引言

太平驛電廠位于岷江上游，地處四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)。電站為徑流引水式，設(shè)計(jì)水頭108m，發(fā)電引用流量250m3/s，安裝四臺(tái)單機(jī)容量65MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。2008年汶川“512”大地震，太平驛水電站遭到嚴(yán)重破壞，經(jīng)過(guò)電站人員的自強(qiáng)不息和不懈努力，于2009年全部機(jī)組恢復(fù)發(fā)電。當(dāng)時(shí)調(diào)速器改造采用了南瑞集團(tuán)公司最新推出的SAFR-2000H型雙微機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。該調(diào)速器計(jì)算機(jī)控制部分以B&R公司的PCC2005控制器為核心，雙CPU配置；機(jī)械液壓部分則以BOSCH公司的比例伺服閥作為電液轉(zhuǎn)換單元，主配壓閥則選用了具有自動(dòng)復(fù)中功能的專利產(chǎn)品[2]。該系統(tǒng)自投運(yùn)以來(lái)，一直運(yùn)行正常，但某次簡(jiǎn)單的停機(jī)檢修卻帶來(lái)了一次調(diào)速器“莫名”的故障，處理的過(guò)程詳述如下。

1、故障情況

2010年09月5日，電站1#機(jī)組停機(jī)一天消缺，電站維護(hù)人員對(duì)1#調(diào)速器進(jìn)行了常規(guī)安全措施處理，斷開(kāi)調(diào)速器電柜、機(jī)柜的交、直流電源。第二天，維護(hù)人員恢復(fù)了對(duì)1#調(diào)速器所做的安全措施。剛恢復(fù)電源時(shí)，調(diào)速器就報(bào)“調(diào)速器A套液壓故障”，調(diào)速器B套則正常。按下“復(fù)歸”按鈕，調(diào)速器故障依舊，掉電再上電故障依然不能消除。由于本次消缺，除了掉電，并沒(méi)有對(duì)調(diào)速器進(jìn)行更多操作，掉電前調(diào)速器一直運(yùn)行正常，維護(hù)人員感覺(jué)棘手，隨即對(duì)電調(diào)設(shè)備進(jìn)行了全面排查。

2、故障分析

2.1調(diào)速器電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

太平驛電站調(diào)速器微機(jī)控制部分選用了B&R公司的2005系列PCC（可編程計(jì)算機(jī)控制器）

作為機(jī)組調(diào)速器的硬件主體，其中PS465作為PCC的電源模塊，IP161作為調(diào)速器的CPU模塊，該CPU模塊具有850kBSRAM，1.5MBFlashPROM，2個(gè)RS232接口，1個(gè)CAN接口，12點(diǎn)數(shù)字量輸入/輸出，同時(shí)具有TPU功能（可進(jìn)行直接頻率測(cè)量），6個(gè)模擬量輸入，6個(gè)模擬量輸出，可以方便的完成對(duì)機(jī)組頻率或電網(wǎng)頻率的測(cè)量，同時(shí)可以完成調(diào)速器的調(diào)節(jié)計(jì)算和控制輸出。數(shù)字量輸入模塊DI476作為調(diào)速器開(kāi)關(guān)量輸入模塊，數(shù)字量輸出模塊DO479作為調(diào)速器開(kāi)關(guān)量輸出模塊，雙機(jī)之間切換由一個(gè)智能切換繼電器來(lái)保證，人機(jī)接口部分選用12英寸高亮度液晶觸摸顯示屏，作為控制系統(tǒng)的監(jiān)控顯示和操作界面。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置如圖1所示。

圖1水輪機(jī)組調(diào)速器電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2調(diào)速器液壓故障判斷

調(diào)速器報(bào)“液壓故障”，本意是指調(diào)速器電氣動(dòng)作指令發(fā)出后,機(jī)械液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)不動(dòng)作或異常動(dòng)作。本故障表面上看是機(jī)械部分問(wèn)題，但由于電氣設(shè)備自身問(wèn)題，如電氣信號(hào)輸出不正確，反饋系統(tǒng)異常等也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“液壓故障”。該故障是通過(guò)軟件進(jìn)行判定的，其故障判斷條件為：

（1）導(dǎo)葉給定和導(dǎo)葉反饋相差10%以上；

（2）導(dǎo)葉反饋運(yùn)動(dòng)速度小于0.5%每秒，或向相反方向動(dòng)作；

（3）調(diào)速器自動(dòng)狀態(tài)時(shí)電液比例伺服閥功率放大器報(bào)警。

滿足上述三個(gè)條件時(shí)，延時(shí)啟動(dòng)，時(shí)間超過(guò)8秒（注意斷路器跳開(kāi)時(shí)頭6秒不算），則導(dǎo)葉

液壓故障報(bào)警動(dòng)作。導(dǎo)葉液壓故障報(bào)警后，電調(diào)自動(dòng)將液壓柜切換到容錯(cuò)脈沖方式調(diào)節(jié)，必須手動(dòng)復(fù)歸后無(wú)故障才能切換回自動(dòng)。

2.3故障原因分析

調(diào)速器液壓故障是調(diào)速器嚴(yán)重故障之一，該故障主要與導(dǎo)葉給定、導(dǎo)葉反饋、電液轉(zhuǎn)換單元密切相關(guān)。首先檢查了電液比例伺服閥，通過(guò)強(qiáng)制電氣柜到電液伺服閥放大器的電壓信號(hào)，測(cè)量比較伺服閥的位移反饋和配套放大器的輸入電壓，兩者比例關(guān)系方向正確，大小合適，放大器本身的報(bào)警也沒(méi)有動(dòng)作，表明伺服閥動(dòng)作正常，可以排除液壓系統(tǒng)故障原因。其次我們檢查了導(dǎo)葉給定環(huán)節(jié)，導(dǎo)葉給定主要和機(jī)組工況有關(guān)，停機(jī)時(shí)為-1%左右，主要考慮輸出一個(gè)較小的關(guān)機(jī)電壓，防止機(jī)組開(kāi)啟，空載時(shí)導(dǎo)葉給定等于設(shè)定的空載開(kāi)度（與水頭相關(guān)）加上頻差PID計(jì)算值，發(fā)電時(shí)，導(dǎo)葉給定等于設(shè)定的空載開(kāi)度加上頻差PID計(jì)算值，再加上監(jiān)控系統(tǒng)脈沖增減的有功給定量。經(jīng)過(guò)檢查，導(dǎo)葉給定在機(jī)組停機(jī)、開(kāi)機(jī)、發(fā)電工況時(shí)均顯示正常。最后我們檢查導(dǎo)葉反饋環(huán)節(jié)，首先檢查了導(dǎo)葉位置變送器，通過(guò)滑動(dòng)位移變送器感應(yīng)塊，測(cè)量變送器的4~20mA電流輸出，基本與滑塊位置成比例線性關(guān)系，可以排除變送器本身的問(wèn)題。

再仔細(xì)檢查調(diào)速器電氣柜人機(jī)界面顯示的導(dǎo)葉開(kāi)度，發(fā)現(xiàn)A套與B套不一致，仔細(xì)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，A套測(cè)量值與導(dǎo)葉實(shí)際位置誤差較大，B套基本正常，由于該調(diào)速器A套、B套都是公用機(jī)械液壓柜及導(dǎo)葉行程傳感器，因此懷疑A套電柜導(dǎo)葉開(kāi)度測(cè)量回路有異常。

3、故障處理

該回路異常可能是軟件原因也可能是硬件原因。硬件方面，主要和模擬輸入通道相關(guān)，貝加萊PCC控制器提供了很方便的檢查手段，正常情況下，4~20mA模擬量輸入對(duì)應(yīng)PCC內(nèi)部測(cè)量碼值為032767，通過(guò)人機(jī)界面就可以檢查，經(jīng)檢查，導(dǎo)葉模擬量輸入通道數(shù)據(jù)測(cè)量正常，這樣范圍就縮小到調(diào)速器內(nèi)部的換算參數(shù)上，因模擬量數(shù)據(jù)測(cè)量輸入后，要進(jìn)行最小最大值標(biāo)定，即微機(jī)內(nèi)部需要存儲(chǔ)導(dǎo)葉接力器全關(guān)及全開(kāi)位置時(shí)的變送器模擬量測(cè)量值，作為導(dǎo)葉開(kāi)度測(cè)量顯示及計(jì)算的依據(jù)。

初步懷疑調(diào)速器導(dǎo)葉定位參數(shù)異常，下一步即展開(kāi)驗(yàn)證。將調(diào)速器電柜裝置上電，CPU模塊（IP161）上的“RUN”燈亮，表明程序運(yùn)行正常。對(duì)調(diào)A套、B套的CPU模塊（IP161），現(xiàn)在A套恢復(fù)正常，而B(niǎo)套報(bào)液壓故障，再將A套、B套的CPU模塊（IP161）放回原位置，B套恢復(fù)正常，而A套又報(bào)液壓故障，由此斷定原因出在A套的CPU模塊（IP161）。在線檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉給定與導(dǎo)葉反饋的絕對(duì)值大于10%。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉定位的最小值Gv_Min和Gv_Max的值已發(fā)生了改變，導(dǎo)致導(dǎo)葉反饋異常，同時(shí)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的PID參數(shù)也不正常，全部變?yōu)榱悖瑢?dǎo)致電柜到機(jī)柜的控制輸出電壓為零，導(dǎo)葉無(wú)法調(diào)節(jié)動(dòng)作，從而使得導(dǎo)葉反饋與給定值的偏差絕對(duì)值始終大于10%。

取下A套的CPU模塊（IP161），檢查其內(nèi)部的鈕扣電池，直觀觀察感覺(jué)鈕扣電池的位置安裝不是很到位，取下電池測(cè)量其電壓為3.0V，重新將電池安裝到位并固定好，然后將投運(yùn)時(shí)的相關(guān)參數(shù)輸入A套的CPU模塊（IP161），A套設(shè)備恢復(fù)正常。

故障前后A套的相關(guān)參數(shù)對(duì)比如下表1所示：

表1A套相關(guān)參數(shù)對(duì)比

4、總結(jié)及預(yù)防措施

總結(jié)本次事故排查，可以用圖2來(lái)表示。

圖2故障分析流程圖

通過(guò)圖2，可以清晰地了解故障的整個(gè)分析、排查和處理、解決過(guò)程。

自1994年投產(chǎn)以來(lái)，調(diào)速器因鈕扣電池引起相關(guān)參數(shù)的丟失是第一次，為此提出以下預(yù)防措施：

（1）機(jī)組大修、小修時(shí)做好數(shù)據(jù)備份,檢修結(jié)束后，調(diào)速器投產(chǎn)前必須進(jìn)行參數(shù)檢查和對(duì)比，確保與原來(lái)設(shè)置參數(shù)相同；

（2）定期檢查鈕扣電池，是否有振動(dòng)、松動(dòng)、電池電壓等。并記錄電池使用時(shí)間，超過(guò)3年應(yīng)進(jìn)行更換，或長(zhǎng)時(shí)間停電（超過(guò)30天），在此上電時(shí)應(yīng)檢查電柜內(nèi)調(diào)速器參數(shù)是否正常。

（3）對(duì)調(diào)速系統(tǒng)做安全措施時(shí)盡可能不斷開(kāi)調(diào)速器電柜的交、直流輸入電源。保持調(diào)速器電氣控制柜在通電狀態(tài)態(tài)，機(jī)械柜可以切換到手動(dòng)或投入緊急停機(jī)電磁閥，保證導(dǎo)葉處于全關(guān)閉狀態(tài)。

5、結(jié)束語(yǔ)

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是水電廠中最重要的控制設(shè)備之一，承擔(dān)著機(jī)組的啟動(dòng)、停止、空載轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、并網(wǎng)調(diào)整負(fù)荷、一次調(diào)頻、事故下緊急控制等重要作用，其運(yùn)行的可靠性對(duì)電站尤為重要。太平驛電站選擇貝加萊PCC作為機(jī)組調(diào)速器的硬件，借助PCC模塊的高可靠性及軟件上分時(shí)多任務(wù)操作的優(yōu)點(diǎn)，充分滿足了機(jī)組調(diào)速器實(shí)時(shí)性和快速響應(yīng)的要求[2]。但也不能掉以輕心，僅僅一個(gè)小小的紐扣電池松動(dòng)，給調(diào)速器的正常運(yùn)行帶來(lái)不小麻煩，排查起來(lái)也費(fèi)不少時(shí)間。不過(guò)排查處理的過(guò)程具有一定的典型性，可以為將來(lái)調(diào)速器類似的故障分析提供較好的借鑒。自1#機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)故障處理以來(lái)機(jī)組運(yùn)行良好，為太平驛公司“多發(fā)電、增創(chuàng)收”做出了巨大貢獻(xiàn)。

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