水电站调速器频率故障原因分析及判断逻辑优化

水电站调速器频率故障原因分析及判断逻辑优化

刘钦，陈熙平，李阳，李双全

（雅砻江流域水电开发有限公司, 成都 610051）

[摘  要]  阐述调速器频率故障的现象，通过对频率故障的原因分析，找出调速器频率故障原因及检查处理方法，进而针对频率故障提出了有效的维护预防建议。

[关键词]  调速器；频率故障判断；

0前言

某电厂调速器控制系统采用贝加莱2005系列，均采用两套冗余配置，频率信号有网频信号和机组频率信号，频率测量有PT残压和齿盘探头测频两种方式。

PT残压频率信号取自于PT二次侧，齿盘测频信号取自齿盘测速探头该信号经隔离变压器、频率整形板处理后送至高速计数模块进行数据处理，最终由PCC控制器将电网频率信号上送至触摸屏进行数据显示。频率信号作为调速器控制系统的重要控制参数，频率信号可靠性影响调速器系统的安全可靠运行。

1调速器频率故障现象

机组检修后站内试验期间，调速器系统A机主用电动方式下开机至空转态，转速100%。在空转态下检查调速器触摸屏A套残压、齿盘、机频卡死在50.01Hz，随后在运行故又称中报出“A套三套频率反馈有偏差”、“B套三套频率反馈有偏差”。在此期间，调速器导叶逐渐减小，缓慢关闭，机组实际频率逐渐减小。

2调速器频率故障原因分析

2.1调速器三套频率反馈有偏差报警原因分析

机频为两路输入，分别为A套残压、A套齿盘，B机残压、B机齿盘。机频显示的是主用频率，如机组空转态、A套主用，则机频为A套残压。调速器开机、停机过程中为齿盘机频主用，其他状态为残压机频主用。

三套为主用套残压、主用套齿盘、备用套齿盘，该故障逻辑判断条件为频率无故障、机组在空载态或负载态运行。

A套主用为例：“A残压-A齿盘＞0.3Hz、A残压-B齿盘＜0.3Hz”或“A残压-A齿盘＜0.3Hz、A残压-B齿盘＞0.3Hz”，报“A套三套频率反馈有偏差”；“A残压-A齿盘＞0.3Hz、A残压-B齿盘＞0.3Hz”，报“A套三套频率反馈严重偏差”、“A套残压故障”，同时切至A套齿盘主用。

经调取监控数据，09:51:59 调速器A套残压、齿盘、机频均卡死在50.01Hz，09:57:35 调速器B套残压、齿盘降至49.71Hz，达到报警条件，故报警。直至自动停机令开出，机组空载态退出、故障自动复归。

09:57:35开始 A套残压：50.01Hz 、A套齿盘：50.01Hz，B套残压：49.71Hz 、B套齿盘：49.71Hz。A残压-A齿盘＜0.3Hz、A残压-B齿盘＞0.3Hz，报“A套三套频率反馈有偏差”。B残压-B齿盘＜0.3Hz、B残压-A齿盘＞0.3Hz，报“B套三套频率反馈有偏差”

自09:51:59 调速器A套残压、齿盘、机频均卡死在50.01Hz开始，B套频率持续下降， 09:57:35  B套频率下降至49.71Hz，远方自动停机时已下降至47.40Hz，B套频率下降原因为空转态调速器运行在频率模式，为无差调节，频率设定值为50Hz，主用A套卡死在50.01Hz，偏差0.01Hz，主用A套一直开出关导叶令。

综上所述，该报警逻辑动作正确。

2.2调速器频率卡死50.01Hz原因分析

经检查端子、接线、测频板件、PLC高速计数模块输入信号，均无异常，可排除信号采集回路故障导致。分析原因为CPU或高速计数模块本体瞬时故障，导致频率测量瞬时跳变或丢失，频率保持跳变或故障前的数值不变，导致触摸屏A套频率数值卡死。

3调速器频率故障影响及处理

主用套残压和齿盘出现死值情况，程序无故障判断及报警逻辑，不会进行主备切换。若死值在50.05—49.95Hz范围内，则调速器一次调频有效频差始终为0，一次调频无法依据电网频率进行调节，从而使一次调频不合格。若死值在50.05—49.95Hz范围外，调速器控制系统会依据频差持续慢速开启、关闭导叶（最大调节量10％开度）。调速器能正常接受监控侧调节指令。

虽为瞬时故障，但在后期运行中若出现同样问题，会影响一次调频正确动作，因此更换CPU和高速计数模块后对测频模块进行通道校验、核对各信号状态指示并进行手动开机、自动开停机验证。

4调速器频率故障故障逻辑优化

当调速器频率信号不刷新时，存在机组开机过速风险，在机组小网模式运行时存在一次调频误动风险，在孤网模式运行时，存在机组负荷调整失控风险。因此需完善调速器控制系统频率故障报警及切换逻辑，当频率信号无故障、机组不处于停机备用态和大网模式下，频率采样值连续10S不刷新时，系统开出频率不刷新报警、频率故障报警，同时频率信号切换逻辑。

调速器控制系统频率信号不刷新报警及切换逻辑：

（1）在频率信号无故障、机组不处于停机备用态和大网模式下，持续判断当前频率采样值与上一次频率值是否相同，若当前频率采样值与上一次频率值连续相同1000次（程序扫描周期10毫秒，总计10秒），则调速器控制系统开出频率不刷新报警信号，调速器触摸屏上显示具体的报警信息。

（2）机组停机备用态、开机45s内不进行频率信号不刷新逻辑判断。

（3）设置频率不刷新功能投退功能，正常情况下默认功能投入。在调速器静态试验、调速器建模试验需外接频率信号源，因外接频率不会实时变化，会导致频率不刷新报警信号误开出，从而影响试验。因此在机组正常运行时该按钮不投入，在进行调速器试验时，投入频率不刷新功能退出按钮，避免频率不刷新报警信号误开出。

频率信号不刷新切换逻辑：按照现有的频率故障切换逻辑执行，即主用套PCC残压频率或齿盘频率信号主用时，若其中一套频率信号不刷新，则切换至另一套频率信号运行，不进行A、B机切换。若主用套PCC残压频率和齿盘频率信号均不刷新时，则切换至备用套PCC的残压频率或者齿盘频率运行，若备用套的残压频率和齿盘频率信号均不刷新，则控制系统开出严重故障信号至监控系统。

频率不刷新判断逻辑流程图如图1所示。

图1 频率不刷新判断逻辑流程图

5结语

频率作为调速器系统的重要运行参数，频率的测量异常、故障会对调速器的运行产生重要影响。本文对调速器频率故障进行了详细分析，并结合实例提出了频率不刷新故障判断逻辑，提高调速器频率故障判断精准性，及时进行调速器的故障切换保障机组的正常运行。通过频率不刷新故障判断逻辑望能给同行业技术人员维护调速器控制系统频率故障判断上提供一定的借鉴与参考。

[参 考 文 献]

[1]  魏守平. 水轮机调节[M]. 武汉：华中科技大学出版社, 2009.

[2]  GB/T 9652.1-2007, 水轮机控制系统技术条件[S].北京：中国标准出版社，2007.

[3]  GB/T 9652.2-2007, 水轮机控制系统试验 [S].北京: 中国标准出版社, 2008.