东津水电厂调速器异常振动的原因及对策

电力18讯：    0　概述
　　东津水电厂位于江西省修水县境内，总装机容量2×30 MW，采用长江控制设备研究所研制WDT－100型微机电液调速器，该调速器1995年出厂，同年11月投运。其系统结构如图1所示：



　　
　　调速器系统结构是电子调节器＋机械液压随动系统，这种结构最大优点是减小转速死区，并且可以方便地区别电子调节器和机械随动系统的故障。
1　震动异常现象
　　东津电厂调速器1995年投运以来的两年多时间里运行较稳定，至1998年夏季机组在运行时，调速器偶尔会发生异常的强烈振动。振动发生时，机组的有功功率会从额定负荷30 MW下溜至24 MW，机组油压装置也强烈振动运行人员立即将调速器切至手动、调速器的异常振动停止。然后再将调速器切至自动。调速器就会恢复正常。1999年夏季，调速器异常振动又出现，且较以前频繁。
2　震动原因
　　调速器的振动原因大致可以分为二类，一是由于电子调节器故障，输出了振荡的控制信号给机械液压系统而引起的，二是机械液压随动系统不稳定在调节过程中引起的，发生故障时观察调节器输出信号的平衡表指示没有振荡，这说明电子调节器的输出正常，第一种情况可以排除，由此可能判断是机械液压随动系统不稳定在调节过程中产生了调速器的异常振动。
　　机械液压随动系统是由一个放大环节的引导阀主配压阀和一个具有积分环节的接力器构成的随动系统，这两者是典型的二阶环节。二阶环节不稳定，产生了自激振动。可以将液压随动系统简化成如图2分析。
　　


    图中：M―引导阀和主配压活塞质量；　C―弹簧的倔强系数；R―阻尼系数


1．1　ξ＞1，这是一个过阻尼状态，二阶环节是一个非周期性衰减过程，并最终趋于稳定。这一动态过程是稳定的。这是调速器设计所要求的状态，它在大波动时引导阀和主配压阀所构成的二阶环节过渡过程是稳定的。
1．2　0＜ξ＜1，欠阻尼状态，衰减振荡过程，并最终趋于稳态。这说明二阶环节稳定，但调速器的机械液压随动系统不采用。
1．3　ξ＝1，临界阻尼状态，是介于振荡和非周期的临界状态。这是二阶惯性环节的特例，称为双容环节。当遇到大波动时，有可能过渡过程周期性振荡，也可能非周期衰减，过渡过程是稳定的。
    根据调速器异常振动现象，笔者认为引导阀、主配压阀和接力器构成的二阶环节处在临界阻尼状态。




    TY―接力器的反应时间； TY1―引导阀及主配压阀总的反应时间。
　　阻尼系数ξ和油的阻尼及活塞与缸体的阻尼成正比，与引导阀针塞的质量M和弹簧倔强系数C的积的方根成反比。
    为了验证，做如下试验。
　　a　将机组的蝴蝶阀关闭，蜗索无水压，断开电子调节器的输出，给电液伺服阀震动线圈0．9V工频交流信号，给电液伺服阀向上的扰动，用百分表测引导阀的振动，振幅为1．2mm，振动不全自动衰减。

　　b　在平衡杆A处挂3kg重的铁块，也就是将ξ≈1变化为0＜ξ＜1
　　因为ξ=R/2√MC增加M，就是ξ减小
　　重复上述试验，用百分表在引导阀处测振幅±0．025mm。对调速器的电液伺服阀重复给向上的扰动，引导阀处没有发生异常振动。
　　c　将3kg铁块拿掉，做上述试验。做了三次，就会在引导阀处产生异常振动。
　　根据上述现象说明，引导阀和主配压阀构成的二阶环节处在临界阻尼状态。在1998年以前，机械部分配合阻尼较大，也就是ξ＞1，故二阶环节的过渡过程稳定。到1998年，机械磨损引起阻尼减小，加上夏季透平油的运动粘度较低，油阻尼也小。这也是引起二阶环节处在临界阻尼状态的原因。
　　引起不稳定的原因还可有能是：二阶环节的无阻尼自然频率和电液伺服阀的交流振动信号频率接近，易引起电液伺服和二阶环节的共振。
2　解决办法
2．1　改变引导阀或主配压阀的弹簧，使弹簧的倔强系数减小

2.2 根据ξ=√TY/TY1/2＞1的要求，TY是接力器不动时间，TY1是引导阀及主配压阀的不动时间。可以通过减小引导阀及主配压阀的不动时间TY1来增大阻尼系数。通过改变引导阀的配油口和活塞遮程就可以改变不动时间。
2．3　以上只能通过设计来达到解决调速器的异常震动，现场无法完成。我们通过改变电液伺服阀的震动信号，从原来的0．9V改为0．58V，也就是二阶环节阻尼系数ξ≈1临界阻尼状态时，过渡过程可能震荡，也可以衰减趋于稳定。使其诱因趋于后者。通过这一方法，来解决调速器的异常震动。通过两个月的运行来看，调速器没有发生发异常震动，能保证安全稳定运行。
3　结束语
　　本文对东津水电厂调速器异常震动问题其原因进行了分析，从处理的效果来看，基本上得到解决，能满足机组安全运行的要求。不过，迄今为止，这种异常震动没有发生，只是在振幅意义上讲，引导阀的振幅较为前小，但通过观察调速器的油压发现，异常震动并没有安全解