摘  要：随着我国经济的不断发展，社会对能源的需求量越来越大，所以我国也加大了对能源的开发和利用力度。在传统的水电站水轮机调速器中，存在着一些问题，所以在现阶段，我国要想更好地满足社会发展和经济建设的需求，就必须对水轮机调速器进行技术改造。根据相关研究表明，现阶段我国已经有很多大型水电站在对水轮机调速器进行改造，并取得了较好的成效。为了使水轮机调速器得到更好的发展，就需要进一步地完善和优化水轮机调速器改造技术，从而使水轮机调器在运行过程中更加安全、可靠、稳定、经济，同时也能有效地提高水电站水轮机调器的运行效率。

关键词：水电站；水轮机；调速器

引言：水电站调速器是电站的关键设备，调速器的运行状况直接关系到电站的安全运行。但是，目前大型水电站调速器普遍存在着运行参数不稳定、可靠性低、调节系统参数调节范围小等问题，在很大程度上制约着水轮机的正常运行。为此，有必要对大型水电站调速器存在的问题进行分析研究。

1大型水电站水轮机调速器存在的问题

1.1调速器功能单一

调速器的基本功能是通过改变机组转速来改变发电机组的出力，从而满足系统的负荷要求。调速器的基本任务是提供调节功能，即通过调节转速来控制水轮机流量和功率，使系统能满足系统的负荷要求。调速器的基本功能包括以下几个方面：（1）水轮发电机组转速、出力、功率调节是机组安全运行的基础。由于调速器调节范围有限，因此在机组正常运行时，调速器需根据电站机组负荷及电网负荷情况来确定相应参数，而调速器工作参数是通过系统运行工况来确定，因此在设计水轮机调速器时要注意选择合理的调节范围。（2）调节系统参数选择不当也是导致水轮机流量、功率调节不合理的原因之一。由于水电站是一个大系统，各参数之间相互影响、相互制约，因此在进行水轮机调节系统参数设计时应充分考虑各参数之间的相互影响关系，使其具有一定的合理性。（3）调速器参数设置不合理会使水轮机调速器自动控制功能不能发挥作用。由于在水轮机组设计时没有考虑机组自动控制系统，因此当调速器在对机组进行调速控制时，其对机组转速和出力没有任何限制作用，使调速器不能发挥自动控制功能。（4）水电站具有多种运行方式，因此水电站在进行调速器设计时应考虑机组在各种运行方式下对水轮机调速器的要求。另外，在水轮发电机组调速系统中还设有紧急停机、甩负荷等程序或控制流程。这些功能或控制流程应在设计时考虑进去。

1.2调速系统调节范围小

调速系统的调节范围小，是影响调速系统稳定性的重要因素。在一个设计良好的调速系统中，由于电站水轮机导叶开度的变化范围很小，即使在较小的范围内变化，也会引起机组转速的大幅度波动。目前大型水电站水轮发电机组一般都采用了三通道调节系统，即一台主调、两台副调和一台备用副调。在实际运行中发现：主调和副调开度较小时，可将其输出的电液比例调节器 PID （比例积分微分）调节器输出的电液比例流量调节信号作为备用调器 PID 调节器的输出信号；当主调和副调同时退出时，备用调器 PID 调节器输出信号作为主调 PID 调节器的输出信号；这种配置方式虽然便于检修维护人员操作，但也会造成机组在各种运行工况下调节系统参数变化范围小，从而使调速器不能及时适应机组运行工况的变化。

1.3调速器参数整定不合理

由于水轮机的调速器主要由调速器、电液伺服系统、调速系统组成，调速器参数的设定对机组运行有着至关重要的影响。但由于电站水头变化范围大，机组参数与调速器参数的关系复杂，所以在电站的运行过程中，往往会出现参数整定不合理的现象。调速器在调节过程中，往往会出现响应速度慢、超调量大、调节品质差等问题。主要原因是由于调速器设计时，对其进行了较大的简化，只对各部分进行了简单计算和简化，并未考虑到不同调节方式间的相互影响和各部分之间的配合情况，从而使调速器存在参数整定不合理、参数变化频繁等问题。例如：某大型水电站在进行机组检修时，发现机组调速器存在参数整定问题。第一处是机组在运行中发现功率调节器与导叶开度的关系存在不合理现象；第二处是在机组检修过程中发现水轮发电机组调速系统存在着严重的滞后现象，并且水轮发电机组转速波动剧烈，调节过程中出现较大超调量。

1.4油压装置有故障时，导叶难以及时关闭

调速器油压装置是由一个机械执行机构、一个液压执行机构和一套液压油冷却装置组成，当调速器油压装置发生故障时，由于机械执行机构不能动作，导致导叶难以及时关闭。故障时的表现形式：一是调节系统出现较大偏差；二是调速器运行参数不稳定，波动幅度过大；三是调节系统动作不及时；四是导叶难以关闭。

2大型水电站水轮机调速器的改造策略

2.1优化水轮机调速器硬件系统

水轮机调速器的硬件系统主要是由四部分组成，分别是主控部分、执行机构部分和软件系统。在对水轮机调速器硬件系统进行优化时，要想更好地实现水电站水轮机调速器的改造，就必须先对水轮机调速器的控制系统进行优化，因为在实际工作中，水轮机调速器的控制系统主要包括控制器、传感器以及执行机构三部分。其中控制器是整个水轮机调速器的核心，控制系统会通过控制器将各种信息传递给执行机构，进而使执行机构完成相应的动作。在对水轮机调速器硬件系统进行优化时，还必须要对传感器进行优化，因为传感器在水电站水轮机调速器中是非常重要的一部分。在实际工作中，由于传感器在水电站水轮机调速器中安装位置较低，所以对其测量精度和稳定性都会造成一定的影响。在对水轮机调速器硬件系统进行优化时，还必须要对执行机构进行优化，因为只有执行机构能够快速响应水电站水轮机调速器控制指令，才能更好地完成水电站水轮机调速器控制任务。

2.2完善水轮机调速器软件设计

在对水轮机调速器进行改造时，水轮机调器软件设计是非常重要的，而水轮机调速器软件设计的好坏，将会直接影响到水轮机调速器的性能。在进行水轮机调速器软件设计时，首先需要考虑到水轮机调速器系统的功能性和稳定性，所以在对水轮机调速器软件进行设计时，就需要从多个方面进行考虑。为了使水轮机调速器能够实现更好的功能和性能，就需要对其软件系统进行改进和完善，从而使其在功能上更加齐全。其次，为了使水轮机调速器系统能够更加稳定、安全，就需要对水轮机调速器系统软件设计中的程序进行优化和完善。最后，为了使水轮机调速器运行过程中更加高效、稳定、安全，就需要对其进行实时监控和诊断功能的完善。通过以上三个方面的内容可以看出，水轮机调速器的软件设计是非常重要的。

2.3改造水轮机导水机构

在传统的水电站水轮机调速器中，导水机构是其中最重要的组成部分之一，所以在对水轮机调速器进行技术改造时，要对导水机构进行重点改造。在对水轮机导水机构进行改造时，要做好导水机构的密封处理工作，并做好导水机构与蜗壳间的密封处理工作，同时还要做好导水机构与转轮间的密封处理工作。在对水轮机导水机构进行改造时，需要根据不同类型的导水机构进行有针对性的改造，从而使水轮机调速器在运行过程中更加可靠。另外，还要做好水轮机导水机构与转轮间的密封处理工作[1]。

2.4提高调节系统的稳定性和可靠性

在传统的水轮机调速器中，其调节系统是由一个液压油缸和一个机械反馈装置组成的，所以其在工作时，就会出现一些问题，如机械卡涩、液压油缸动作不灵敏等问题。由于水轮机调速器是一个复杂的系统，其由机械、电气等多个系统组成，所以其运行过程中的稳定性和可靠性非常重要。但是在水轮机调速器改造过程中，如果不对其进行有效地优化和改进，就会使水轮机调速器在运行过程中出现很多问题，从而影响到水轮机调速器的运行效率。所以为了使水轮机调速器运行的稳定性和可靠性得到有效提高，就需要对其进行有效地改进和优化。首先要对水轮机调速器中的液压油缸进行有效改造，使其在运行过程中具有一定的刚性；其次要对机械反馈装置进行改进，从而使其在运行过程中更加灵活；最后还要对系统中的电气装置进行改造，使其在运行过程中更加稳定[2]。

2.5改进水轮机调速系统的控制方式

随着我国社会经济的不断发展，水电站水轮机调速系统的控制方式也发生了较大的改变。首先，在传统的水轮机调速系统中，采用的是顺序控制方式，这种方式在一定程度上提高了水轮机调速系统的控制精度，但是在一定程度上也增加了水轮机调速器运行的成本。所以，为了进一步提高水轮机调速器的运行效率，就需要改进水轮机调速系统的控制方式，从而使其更加经济、可靠。最后，在传统的水轮机调速系统中，采用了“前馈控制+ PID控制”方式。这种控制方式在一定程度上提高了水轮机调速器运行过程中对负荷变化的响应速度和响应精度。但是这种方式也增加了水轮机调速器运行成本[3]。

2.6加强水电机组安全监测与控制

目前，我国大多数水电站都已经将水电机组安全监测与控制技术运用到水轮机调速器中，并取得了良好的成效，但是这还不能满足人们对水电机组安全监测与控制技术的需求，所以我国需要加大对水电站水轮机调速器改造技术的研究和开发力度，并根据实际情况加强对水电站水轮机调速器改造技术的研究和开发。同时，还要加强对水电机组安全监测与控制技术的运用，从而使水电机组调速器改造工作可以取得更好的成效[4]。

结束语：综上所述，在水轮发电机组自动化技术不断发展和应用的背景下，利用现代控制理论和现代信息技术，采用现代控制理论与技术对传统的机械液压式调速器进行技术改进，将会为水轮机调速器在安全、经济、高效等方面带来更大的好处。

参考文献：

[1]姬钊，邹磊.水电站水轮机调速器的调整与维护[C]//上海筱虞文化传播有限公司，中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会.Proceedings of 2022 Shanghai Forum on Engineering Technology and New Materials（ETM2022）（VOL.3）.[出版者不详]，2022：151-152.

[2]余伟红.水电站水轮机调速器调试与维护措施探讨[J].珠江水运，2022（14）：96-98.

[3]朱晓黎.水电站水轮机调速器的检修与维护[J].设备管理与维修，2022（10）：70-71.

[4]刘彦阳.大型水电站水轮机调速器改造分析[J].水电与新能源，2021，35（10）：64-66.