水電廠事故配壓閥閥芯位移引起機組負荷調整失靈的原因分析與對策

梁治國

【摘 要】對一起水電廠公用事故壓油裝置系統(tǒng)檢修期間，事故配壓閥閥芯發(fā)生位移引起機組負荷調整失靈的現(xiàn)象進行原因分析和提出對策，為避免當機組或近區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)事故機組出口開關跳閘而發(fā)生機組飛逸事故提供經(jīng)驗參考。

【關鍵詞】負荷調整失靈 事故配壓閥 位移 串油

【中圖分類號】[TM622]【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0425-01

1 電廠概況

廣西融江美亞水電有限公司浮石水電廠位于廣西北部、融江河中游的融安縣浮石鎮(zhèn)，為柳江干流綜合利用梯級開發(fā)中的第6個梯級水電站。電站為河床式，機組為立式轉槳軸流水輪發(fā)電機組，裝設南寧發(fā)電設備總廠生產(chǎn)的型號為ZZ580-LH-630水輪機和型號為SF18-80/9300發(fā)電機。單機容量18MW，總裝機容量54MW。調速器為WBST-150-2.5PCC可編程微機調速器，配備SGF-DN150事故配壓閥。2000年4月機組正式投產(chǎn)發(fā)電。

2 故障現(xiàn)象描述

2012年12月1日，#1機組出現(xiàn)負荷調整失靈的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：運行值班員在中控室調節(jié)負荷，負荷無法下降也無法上升，在調速器現(xiàn)地電自動、電手動和純機械手動操作導葉，導葉開度均無變化。同時觀察到調節(jié)槳葉正常動作，調節(jié)導葉時步進電機動作正常，步進電機絲桿動作正常，主配動作正常，但沒有聽到油的流動聲音。當時，事故油壓系統(tǒng)因管路更換閥門退出運行，11月22日事故油壓系統(tǒng)已排壓，#1機組的事故油壓供油閥與回油閥均處于全關閉狀態(tài)。22日至負荷調整失靈故障出現(xiàn)時機組已連續(xù)正常運行10天時間。

3 事故配壓閥結構及工作原理

事故配壓閥是一種二位六通型換向閥，用于水電站水輪發(fā)電機組的過速保護系統(tǒng)中。當機組轉速過高，集成事故配壓閥接受過速保護信號動作，其閥芯在壓力油的作用下?lián)Q向，將來至調速器油路切斷，事故油系統(tǒng)中的壓力油直接操作導葉接力器，緊急關閉導水機構，防止機組進一步過速，為水輪發(fā)電機組的正常運行提供安全可靠的保護。SGF-DN150事故配壓閥內部結構示意圖如圖一（圖中紅色代表事故壓力油，黃色代表事故回油，橘色代表機組調速器壓力油）。

正常情況下，D1腔和D2腔均接通事故壓油油源，D1腔直徑為150mm，D2腔直徑為105mm，由于D1腔的面積大于D2腔的面積。

F=P×S=2.5MPa×π×（D/2）2 （式中，F(xiàn)為推力；P為壓力油壓強；D為直徑）。

FD1/FD2=（150/2）2/（105/2）2=2

因此，D1腔的推力是D2腔推力的2倍，閥芯在差壓的作用下一直處于最右端的極限位置，即“復歸”位，如上圖所示。接通事故油壓的A2腔、B2腔油口被閥芯堵住；A1腔與A3腔相通，B1腔與B3腔相通，導葉接力器由來至調速器的壓力油控制。

當機組轉速過高，單元機組LCU（計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元）將給事故配壓閥“投入電磁閥”動作信號，“投入電磁閥組” 動作，D1腔接通排油，閥芯在D2腔壓力油的作用下向左移動至極限位置，此時，接通主配的A1腔、B1 腔油口被閥芯堵住；A2腔與A3腔相通，B2腔與B3腔相通，導葉接力器關腔接通事故油壓壓力油，開腔接通事故油壓回油管，導葉關閉，實現(xiàn)快速停機。

4 故障處理過程

4.1 原因分析

根據(jù)現(xiàn)象判斷緣由是事故配壓閥的閥芯發(fā)生位移，處于“動作位置”，切斷了主配壓閥與接力器之間的機組油源。又值事故油壓系統(tǒng)卸壓檢修，致使導葉同時失去操作油源和事故油源，無法關閉和開啟。

事故配壓閥芯產(chǎn)生移位分析如下：

事故配壓閥鑄件技術要求為閥芯公差為φ150 h 6-0.012-0.032，閥套公差為φ150 h 6+0.0250 ，從其配合公差上可知，閥套與閥芯存在一定的配合間隙，加上多年運行磨損，各腔之間存在串油應是正常的。正常運行中事故油源是不參與調節(jié)，應是沒有消耗的，在歷史的運行經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，事故集油槽的油量存在流失，而機組壓油裝置的集油槽油位卻有升高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象說明事故配壓閥存在串油（機組壓油裝置集油槽與事故集油槽之間沒有其他通路），即事故壓力油通過閥芯與閥套的間隙滲透到機組壓油裝置集油槽內。（見圖1）

由于串油致使閥芯發(fā)生位移過程如下 ：B1腔的機組壓力油通過閥芯與閥套的間隙向D3腔滲油，雖然D3腔與事故油壓的回油管口A2腔相連，但由于事故油壓的回油管出口閥門是關閉的，因此D3腔實際是個密閉腔。隨著滲漏積累，D3的壓力逐步增大。同時雖然D1腔是與事故油壓的壓力油管相通，如果事故油壓的壓力油管閥門存在泄漏，D1 腔實際上與大氣是相通的。滿足了D3腔壓力增大，D1腔泄壓的條件，在D3腔壓力的推動下，閥芯向左運動。當然，這個過程是緩慢的，閥芯在最右端至B1腔油口完全被封堵之間有60mm的行程，在主配開啟腔A1和關閉腔B1的油口完全被堵住之前，調速器尚可調整機組負荷，只是調節(jié)的速率變得緩慢而已。當主配開啟腔A1和關閉腔B1的油口完全被堵住之后，調速器就不能調節(jié)機組負荷了。

4.2 故障處理

由于機組處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，導葉又無法調整，此時如果機組或近區(qū)電網(wǎng)發(fā)生事故，機組出口開關跳閘，機組將發(fā)生飛車事故。因此必須予以高度重視，盡快消除該嚴重的狀態(tài)。

由于本電廠未設快速事故閘門，關進水口閘門需要利用壩頂門機，此過程時間長工作量大。現(xiàn)場考慮事故壓油系統(tǒng)檢修已基本完成，只是事故集油槽清掃刷漆后的干燥時間略短，但已經(jīng)可以注油投入運行。因此，采取恢復事故壓油系統(tǒng)運行的辦法消除機組失控狀態(tài)。具體方法為：

1、恢復事故壓油控制系統(tǒng)；

2、安排工作人員將事故配壓閥“復歸電磁閥閥芯”壓下；

3、緩慢打開事故油路閥門；

4、事先安排中控室運行人員監(jiān)視機組有功。一旦有功接近零，運行值班員直接手動操作機組出口斷路器分閘。

根據(jù)預想，上述1～3步操作可以使事故配壓閥閥芯回到復歸位置，機組恢復到可控的正常狀態(tài)。實際過程出現(xiàn)了導葉關閉情況，即事故配壓閥未立刻恢復到復位位置。由于做好了異常關機的預想和措施（上述第4步），最終保證了機組正常的停機。停機后，對事故配壓閥進行了操作檢驗證明工作正常后，機組立即恢復了正常運行。

5 預防對策

在水電廠實際運行中，事故壓油系統(tǒng)技改、維護在所難免。為了防止出現(xiàn)事故配壓閥閥芯發(fā)生位移導致導葉失控現(xiàn)象，在事故壓油裝置泄壓退出運行的情況下，運行機組事故配壓閥的進出口閥門應保持打開狀態(tài)，在自然滲透的情況下事故配壓閥的D1、D2、D3腔均無法建壓，可以消除因串油引起事故配壓閥閥芯位移的隱患。

參考文獻

[1] DL/T 710-1999 水輪機運行規(guī)程，國家經(jīng)濟貿易委員會

[2] DL/T5081-1997 水力發(fā)電廠自動化設計技術規(guī)范，水利部北京勘測設計研究院浮石水電廠調速器安裝技術說明書