錦東電廠調(diào)速器比例伺服閥不能自動調(diào)整空載擾動問題分析

雋軍峰 張晶 劉軍鵬

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠,四川木里 615000)

錦東電廠調(diào)速器比例伺服閥不能自動調(diào)整空載擾動問題分析

雋軍峰 張晶 劉軍鵬

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司錦屏水力發(fā)電廠,四川木里 615000)

錦東電廠#1機(jī)組調(diào)試過程中,調(diào)速器控制部分監(jiān)測油壓遠(yuǎn)低于油壓裝置壓力罐壓力值,導(dǎo)致在機(jī)組空載擾動試驗過程中,給予控制部分向下擾動量后,在A套比例伺服閥主用工況下,機(jī)組導(dǎo)葉快速關(guān)閉,不能實現(xiàn)擾動量自動調(diào)整。本文對該問題的分析及處理過程進(jìn)行了簡要介紹,供參考。

壓降 調(diào)速器 錦東電廠 比例伺服閥

1 概述

錦東電廠位于四川省涼山州境內(nèi),采用8臺單機(jī)容量600MW立軸混流式機(jī)組,其調(diào)速器系統(tǒng)采用雙比例伺服閥作為電液轉(zhuǎn)換元件,通過FC5000型主配壓閥實現(xiàn)對導(dǎo)葉動作狀態(tài)的控制,控制電流為4-20mA(4mA全開,20mA全關(guān))。雙比例伺服閥采用熱備用控制方式,即主用比例伺服閥工作時,備用比例伺服閥實時跟隨主用比例伺服閥的動作信號,控制兩個比例伺服閥的閥芯開度一致,但備用比例伺服閥不通過壓力油對系統(tǒng)進(jìn)行實際操作。當(dāng)主用比例伺服閥發(fā)生卡阻等故障時,系統(tǒng)通過動作A/B套切換閥將備用比例伺服閥投入主用,實現(xiàn)對機(jī)組的狀態(tài)保持和控制,見圖1。

調(diào)速器控制部分采用集成塊配合控制閥組的方式實現(xiàn)相關(guān)功能,其控制壓力油取自主配壓閥常壓腔,通過雙切換油過濾器過濾后供應(yīng),在過濾器的每個濾杯上均安裝有壓力表,用以監(jiān)視控制部分油壓力。系統(tǒng)設(shè)計有自動、電手動、手動三種控制方式,手動控制由機(jī)械手動增、減閥進(jìn)行操作,電手動及自動控制方式由比例伺服閥實現(xiàn)控制操作。A/B套切換閥的切換功能通過電磁先導(dǎo)閥配合功能閥塊的方式實現(xiàn)。緊急停機(jī)狀態(tài)投入時,在電手動和自動控制方式下,系統(tǒng)給比例伺服閥偏關(guān)的信號量,以保證導(dǎo)葉可靠壓緊關(guān)閉。

圖1 調(diào)速器液壓控制原理圖

2 現(xiàn)象說明

2.1 #1機(jī)組啟動試驗前,分別在無水及有水工況下進(jìn)行靜態(tài)調(diào)速器控制系統(tǒng)擾動調(diào)整模擬試驗

在A、B套比例伺服閥分別主用工況下,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)擾動自動調(diào)節(jié),未發(fā)現(xiàn)試驗異常。

(1)#1機(jī)組首次啟動試驗前檢查發(fā)現(xiàn),在緊急停機(jī)狀態(tài)下,控制部分油過濾器壓力表顯示壓力遠(yuǎn)低于油壓裝置壓力罐壓力值,A套比例伺服閥主用時過濾器壓力4.0MPa左右,B套比例伺服閥主用時過濾器壓力5.0MPa左右。緊急停機(jī)信號復(fù)歸后,切換到手動狀態(tài)下,A、B套比例伺服閥主用狀態(tài)下,過濾器壓力均為6.0MPa左右,而在電手動及自動控制狀態(tài)下,均存在明顯壓降(見表1)。(2)#1機(jī)組調(diào)速器空載擾動試驗過程中,在“自動”控制狀態(tài)下,B套比例伺服閥主用時,可以正常實現(xiàn)機(jī)組的空載擾動調(diào)整。在進(jìn)行A套比例伺服閥主用的空載擾動試驗過程中,向系統(tǒng)加入一個-4Hz控制頻率的向下擾動量后,機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)后不能開啟,系統(tǒng)自動切換到B套主用,恢復(fù)導(dǎo)葉開度。試驗共進(jìn)行三次,現(xiàn)象一致。停機(jī)后重新進(jìn)行靜水下A套比例伺服閥擾動模擬試驗,擾動調(diào)節(jié)過程可以正常實現(xiàn),未發(fā)現(xiàn)異常。(3)無水及靜水工況下,做A、B套比例伺服閥主用工況下的自動及電手動開、停機(jī)模擬試驗、動水工況下,做A、B套比例伺服閥主用下的電手動開、停機(jī)試驗,調(diào)速器系統(tǒng)均可正常實現(xiàn)開、停機(jī)功能。

圖2 實際情況下的比例伺服閥控制原理圖

2.2 原因分析

為具體分析問題原因,#1機(jī)組停機(jī)后,根據(jù)調(diào)速器不同狀態(tài)和控制下的特點(diǎn),結(jié)合調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題現(xiàn)象,進(jìn)行了相關(guān)各控制方式和狀態(tài)下過濾器壓力的檢查和問題甄別試驗,試驗過程及結(jié)果如表1。

綜合試驗結(jié)果及問題現(xiàn)象,分析認(rèn)為：比例伺服閥在工作過程中大量耗油,造成控制部分壓力油的壓降,且壓降隨比例伺服閥閥芯方向及開口的大小存在明顯變化,系統(tǒng)偏離中位趨開方向開口越大,壓降越大,趨關(guān)方向開口越大,壓降越小。而比例伺服閥閥芯的內(nèi)漏及主用比例伺服閥用于控制主配壓閥活塞位置的控制腔活塞滲漏量均不可能造成如此大的壓降,且不應(yīng)隨主用比例伺服閥及伺服閥信號狀態(tài)的不同表現(xiàn)出明顯的壓降差,只有可能是備用比例伺服閥在隨動過程中出現(xiàn)了大量耗油現(xiàn)象。

通過分析調(diào)速器系統(tǒng)控制回路,并對控制回路閥組實物進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)設(shè)計上為兩位三通電磁換向閥的A/B套切換閥實際使用的是兩位四通電磁閥換向閥,而電磁閥及與電磁閥聯(lián)通的功能閥塊的回油孔未做任何封堵等處理措施,造成系統(tǒng)正常工作時,備用比例伺服閥的控制壓力油直接通過A/B套切換閥接通回油,產(chǎn)生壓降控制部分實際上形成了如圖2中紅線所示的回路。

2.3 控制系統(tǒng)中位狀態(tài)下,控制部分產(chǎn)生壓降的原因分析

圖3 手動狀態(tài)控制部分壓降簡化流程機(jī)理

圖4 電手動及自動狀態(tài)控制部分壓降簡化流程機(jī)理

圖5 主配壓閥裝配示意圖

表1 試驗過程及結(jié)果

所謂的系統(tǒng)中位,實際是指主配壓閥處于中間位置。在常壓腔壓力油的作用下,主配壓閥處于趨關(guān)狀態(tài),故而,在實際控制過程中,主配壓閥控制腔需補(bǔ)充一定量的壓力油以平衡常壓腔壓力油的作用力,保持主配壓閥活塞處于中間位置,隨著主配壓閥開腔逐漸打開,控制腔用油量將逐漸增加。由于熱備用的設(shè)計理念,備用比例伺服閥跟隨主用比例伺服閥動作,故而試驗中隨著開啟電流的減弱(閥芯開度變大),通過備用比例伺服閥的泄漏量增加,體現(xiàn)為控制部分壓降變大。同理,隨著關(guān)閉電流的加強(qiáng)(閥芯開度變小),控制部分壓降變小,直到主配壓閥完全關(guān)閉,控制腔無需壓力油,比例伺服閥全關(guān),備用比例伺服閥的泄漏通路封閉,體現(xiàn)為比例伺服閥關(guān)閉或切除狀態(tài)下,任一套比例伺服閥主用,控制部分壓力都正常。

2.4 A、B套比例伺服閥分別主用條件下,控制部分壓降偏差分析

由于比例伺服閥在閥芯及閥體的加工精度、裝配精度等機(jī)械工藝方面存在一定程度的偏差,同時,在相同控制電流下,比例伺服閥閥芯的控制精度和實際開口度也存在偏差,另外,在成塊上A、B套比例伺服閥內(nèi)部壓力油及回油通路布置的差別,造成A、B套比例伺服閥作為備用時漏油量存在差異,從而導(dǎo)致A套比例伺服閥主用時,控制部分的壓降大于相同工況下B套主用時的壓降。

2.5 控制部分壓降與緊急停機(jī)投入狀態(tài)相關(guān)的原因分析

(1)在手動狀態(tài)下,主配壓閥復(fù)中腔接通壓力油,比例伺服閥控制系統(tǒng)處于中間位置,備用比例伺服閥的滲漏造成控制部分壓力油的壓降。當(dāng)緊急停機(jī)信號投入時,主配壓閥復(fù)中腔接通回油,導(dǎo)葉壓緊關(guān)閉;緊急停機(jī)信號復(fù)歸后,主配壓閥復(fù)中腔充油,活塞回到中位,此時,被壓緊的導(dǎo)葉有所反彈,導(dǎo)葉開度傳感器反饋的實際導(dǎo)葉開度大于壓緊時開度,系統(tǒng)自定義通過比例伺服閥關(guān)閉導(dǎo)葉,調(diào)整開度偏差,但由于比例伺服閥處于切除狀態(tài),其動作無法對主配壓閥實現(xiàn)控制,系統(tǒng)加大比例伺服閥趨關(guān)方向的閥芯開口,直至比例伺服閥完全關(guān)閉,切斷備用比例伺服閥的用油通道,體現(xiàn)為緊急停機(jī)信號復(fù)歸后,控制部分壓力正常。其壓降差產(chǎn)生的簡化流程機(jī)理如圖3所示。

(2)在電手動及自動控制狀態(tài)下,緊急停機(jī)信號投入時,比例伺服閥控制主配壓閥系統(tǒng)處于偏關(guān)位,而緊急停機(jī)信號復(fù)歸后,主配壓閥處于中間位,此時主配壓閥控制腔用油量略大于緊急停機(jī)投入時的用油量,從而,備用比例伺服閥的滲漏量也略大,表現(xiàn)為緊急停機(jī)復(fù)歸后,控制系統(tǒng)壓降有所增加。其壓降差產(chǎn)生的簡化流程機(jī)理如圖4所示。

2.6 A套比例伺服閥不能實現(xiàn)動水工況下向下擾動自動調(diào)整分析

系統(tǒng)分別在無水和有水的靜態(tài)工況下,進(jìn)行A、B套比例伺服閥主用工況下的頻率擾動模擬試驗,A、B套比例伺服閥均可以正常實現(xiàn)調(diào)整恢復(fù)動作,而在動水狀態(tài)下,卻無法實現(xiàn)A套比例伺服閥主用時的空載下擾調(diào)整。主要原因如下：(1)根據(jù)設(shè)備廠家提供的主配壓閥結(jié)構(gòu)示意圖(見圖5),測算主配壓閥常壓腔活塞直徑與控制腔活塞直徑比約為1.43,則可計算其兩腔活塞面積比為2.045,假定常壓腔壓力為系統(tǒng)額定工作壓力6.3MPa,則能夠操作主配壓閥活塞動作的控制腔最小理論工作壓力為3.1MPa左右,而考慮到控制系統(tǒng)管路的阻尼壓損等情況,試驗中發(fā)生的A套比例伺服閥主用工況下的最低壓力3.3MPa基本處于克服常壓腔阻力、操作主配壓閥開啟的臨界壓力點(diǎn)。因此,在靜態(tài)工況下,系統(tǒng)工作過程中的最小壓力可以正常控制主配壓閥的開啟。

(2)在動水空載擾動試驗中,所給控制頻率的向下擾動量較大(-4Hz),調(diào)速器系統(tǒng)在調(diào)整過程中,控制比例伺服閥向開方向迅速打開較大開度,調(diào)整頻率下擾偏差。由于水輪機(jī)活動導(dǎo)葉動水自關(guān)閉的特性,使操作主配壓閥控制腔的最小壓力相較于靜水狀態(tài)下變大,而A套比例伺服閥主用下,B套比例伺服閥的泄漏量較大,造成該開度下主配壓閥控制腔壓力不足以克服常壓腔活塞的阻力,體現(xiàn)為導(dǎo)葉關(guān)閉后并不能可靠打開。此時,比例伺服閥通過導(dǎo)葉開度信號及頻率信號判斷導(dǎo)葉未開啟,則控制比例伺服閥繼續(xù)加大開方向的開口量,B套比例伺服閥開口同時加大,控制部分壓力油通過B套比例伺服閥的泄漏量進(jìn)一步增加,則控制腔壓力進(jìn)一步降低,從而進(jìn)入無效調(diào)節(jié)的死循環(huán)狀態(tài)。

2.7 A套比例伺服閥可以動水工況正常開啟導(dǎo)葉原因分析

動水工況下,在電手動及自動控制方式時,開機(jī)信號控制導(dǎo)葉開啟的電流強(qiáng)度緩慢減弱,使A套比例伺服閥開啟方向的開口緩慢變大,由于初始狀態(tài)為中位狀態(tài),此時的控制腔壓力高于操作主配開啟的最低壓力,而比例伺服閥閥芯在趨開方向開口增加的速度較慢,同時受反饋信號的弱化影響,B套比例伺服閥的閥芯開口并未達(dá)到動水工況下操作主配壓閥活塞動作的臨界開口位置,其泄漏量相對擾動時較小,控制部分壓力油壓力可以操作主配壓閥活塞動作,體現(xiàn)的是可以通過自動及電手動控制方式正常實現(xiàn)導(dǎo)葉開啟過程。

3 處理方案

3.1 臨時處理方案

考慮到該問題不影響機(jī)組空載狀態(tài)下的試驗過程,現(xiàn)場臨時決定將A、B套比例伺服閥的熱備用狀態(tài)通過程序更改為冷備用狀態(tài),即在主用比例伺服閥工作時,備用比例伺服閥處于全關(guān)狀態(tài),當(dāng)切換動作時,在備用比例伺服閥加與當(dāng)時主用套相同的控制電流,對機(jī)組進(jìn)行控制。試驗過程中,切換時有輕微導(dǎo)葉回關(guān)現(xiàn)象,控制現(xiàn)象和控制工作狀態(tài)整體良好,未發(fā)生異常情況。

3.2 永久處理方案

根據(jù)設(shè)備裝配關(guān)系,考慮控制部分閥組后續(xù)更換維護(hù)的通用性及便利性,在A/B套切換閥的電磁先導(dǎo)閥與功能閥塊之間加工一塊對應(yīng)的過渡板,并在過渡板回油孔內(nèi)加工螺紋,用堵絲將回油孔封堵后安裝,使切換閥真正意義上實現(xiàn)兩位三通閥的功能,解決備用比例伺服閥通過切換閥漏油的問題。

4 結(jié)語

這種處理方法也利用比例伺服閥的工作特點(diǎn),解決了A、B套切換閥的電磁先導(dǎo)閥與功能閥塊閥芯換向時的壓力腔排油問題。在機(jī)組后續(xù)的試驗過程中,調(diào)速器系統(tǒng)工作正常,未發(fā)生類似問題。

In JinPingⅡHydro Power Plant Unit #1 commissioning process, the oil pressure of governor control section is much lower than the hydraulic device pressure tank,It cause that in the process of unit #1 load disturbance test, When give control section down disturbance in the A sets of proportional servo valve main use conditions, the turbine quickly turn off the guide vanes, can not be achieved automatically adjust the amount of disturbance.This paper analyzes the problem and solve process briefly described, for reference.

the pressure drop of governor jin east plant proportion servo valve

雋軍峰(1978-),男,四川成都人,工程師,學(xué)士,從事水電站機(jī)械設(shè)備檢修維護(hù)及管理工作。

張晶(1984-),男,四川成都人,助理工程師,學(xué)士,從事水電站機(jī)械設(shè)備檢修維護(hù)及管理工作。

劉軍鵬(1984-),男,四川成都人,助理工程師,學(xué)士,從事水電站機(jī)械設(shè)備檢修維護(hù)及管理工作。