水電廠筒閥的故障原因分析及其處理對策

王忠海，吳云波，肖瑞懷（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

水電廠筒閥的故障原因分析及其處理對策

王忠海，吳云波，肖瑞懷
（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

摘要：筒閥作為水輪發電機組進水閥的一種類型越來越廣泛應用于各大、巨型水電站，它具有開啟、關閉快速高效，關閉嚴緊等一般的蝶閥或球閥所不具備的功能和優點。但在實際的應用中，筒閥運行時要求具有高可靠性，通過對漫灣1號機組筒閥控制程序的解讀，結合筒閥檢修調試數據及波形，分析了筒閥卡阻和失步的原因，并提出了相應的處理對策。望能為國內筒閥運行和檢修提供一定的經驗。

關鍵詞：筒閥；卡阻；失步；糾偏；接力器不動時間

1　筒閥原理

筒閥是在水輪發電機組進水系統主進水閥中普遍應用的一種類型，安裝在固定導葉與活動導葉之間；其開啟和關閉的控制采用多只直缸接力器來操作，以實現輸入水輪機水流流通和截斷。筒閥開、關迅速高效可以大大縮短機組開停機時間，同時它關閉嚴密，在機組停機時減少了機組導葉的漏水量，防止了導葉關閉不嚴造成的機組蠕動，方便了維護。

漫灣電廠1號機組的筒閥為電液同步機構型，由機械同步控制和電液同步控制兩部分組成，其中機械同步控制是通過操作壓力油流自動驅動6只同軸等排量分配馬達，使通往6只直缸接力器的流量相等，以保障其運動速度基本相同。電液同步控制是由安裝于6只直缸接力器的6只位移傳感器、6個高速開關調節電磁閥和PLC控制器實現，當PLC控制器檢測任一根傳感器的位移大于位移基準量的某一定值（1.5mm）時，PLC控制器輸出脈沖信號使相對應的高速開關調節電磁閥動作，使與高速開關調節電磁閥相對應的接力器有桿腔排油糾偏，從而實現超出失步定值的接力器流量與位移基準量的流量均等，使筒閥開啟或關閉過程同步。

2　筒閥故障類型

對漫灣電廠1號機組筒閥故障統計，自2007年5月18日投運以來，筒閥發生故障類型主要為失步故障和卡阻故障兩種類型，橫向對比瀾滄江流域各電站同類型筒閥出現的故障類型，也主要為上述兩種故障。

2.1失步故障

筒閥的控制難點之一是其操作機構的同時性和同步性，尤其同步是整套設備的設計、制造、安裝和調試技術關鍵點。一旦出現事故或者容錯能力不足，就會帶來嚴重后果。失步故障報警在控制程序中表述為6只接力器位移中最大一只接力器的位移數值與最小一只接力器的位移數值之差大于失步定值（10mm）時，報筒閥失步。

2.2卡阻故障

卡阻故障也是在筒閥調試和運行中比較常見的一類，出現的頻率較多，一般是可以快速查清故障源和處理的。其故障報警在控制程序中表述為PLC控制器收到開啟或關閉筒閥令后，筒閥在開啟或關閉過程中，任意10s內6只接力器位移的算術平均值變化不超過1mm，報筒閥卡阻，即筒閥運動時才會出現機械卡死現象。

從運行統計分析，筒閥卡阻報警均是在筒閥剛開始運動的時刻發生的。

3　故障原因分析及對策

3.1失步、卡阻故障原因分析

3.1.1糾偏效果不滿足控制要求引起筒閥失步

漫灣電廠1號機組筒閥糾偏功能選用6只接力器的算術平均值作為位移基準量，當任一根接力器位移超過算術平均值1.5mm時，控制程序通過對接力器有桿腔排油，實現筒閥電液同步糾偏。該糾偏控制以算術平均值作為糾偏的位移基準量，只能對大于平均值且超出糾偏定值的接力器進行糾偏，不能對小于平均值的接力器進行糾偏。

假設出現臨界糾偏狀態，即假設平均值為1000mm，任意5只接力器位移均等于1001.5mm，則剩余1只接力器的位移為992.5mm。因此，6只接力器位移傳感器中最大值與最小值之差為9mm，這一臨界極端狀態下，由于沒有超過糾偏定值，因此糾偏功能不起作用。

由此可知，以算術平均值為糾偏位移基準量，糾偏頻率低，糾偏效果不明顯，且處于臨界糾偏狀態時，最大位移值與最小位移值之差為9mm，接近失步定值，再加之控制系統和高速開關調節電磁閥糾偏動作的滯后性，容易出現筒閥失步故障現象。

3.1.2液壓管路高壓油沖擊導致筒閥失步

筒閥在開啟或關閉時刻，筒閥接力器會受到高壓油流沖擊，而各個接力器的管路長度和接力器缸體內原有壓力略有差異，受到高壓油流沖擊也不一致，因此，在狀態變化瞬間各個接力器的位移變化量也不同，從而導致各個接力器之間的位移存在較大的短暫偏差。隨著高壓油流量的穩定，各接力器之間的偏差也迅速變小。尤其是在筒閥長時間處于全開狀態，關閉筒閥瞬間時，這種短暫偏差達到最大值，甚至超過筒閥失步定值，導致筒閥出現失步故障。具體過程和偏差數值見圖1。

圖1筒閥關閉過程故障錄波圖

3.1.3筒閥接力器不動時間過長引起筒閥卡阻

筒閥收到開啟或關閉令至筒閥接力器開始動作時刻的時間，稱為筒閥接力器不動時間。

經過驗證，漫灣電廠1號機組筒閥接力器不動時間最大為9.56s（見圖2）。主要原因是筒閥在接到動作信號后，PLC控制器將按照PI調節規律將0～5V輸出電壓逐漸送至功放模塊，由于參數的限制，該段用時8s，從而導致接力器不動時間變大。從筒閥運行統計分析，筒閥卡阻報警均是在筒閥始動的時刻發生，由此可知該報警是由于筒閥接力器不動時間過長，造成筒閥收到開啟或關閉命令后超過10s動作量小于1mm，從而發生卡阻報警，這是控制系統設置筒閥卡阻報警信號不符合實際設備運行工況所致。

圖2筒閥不動時間錄波圖

3.2失步、卡阻故障處理對策

3.2.1失步故障處理措施

針對不同故障原因，需要采取相應的處理對策以避免或減少故障的發生，現場對漫灣1號機組筒閥控制系統失步故障采取如下措施：

在筒閥接力器剛開始動作時刻，暫時退出筒閥失步判斷，以躲過油流沖擊引起最大偏差，而后再投入筒閥失步判斷。

以算術平均值為糾偏位移基準量改成以最小位移值作為糾偏位移基準量進行糾偏。

經驗證，以算術平均值作為糾偏位移基準量時，測得最大值與最小值的偏差達到6.10mm的最大偏差（見圖3）。以最小位移值作為糾偏位移基準量時，

圖3筒閥最大值與最小值的偏差1錄波圖

測得最大值與最小值的偏差達到2.78mm的最大偏差（見圖4）。

由于以最小位移值作為糾偏位移基準量，筒閥在運動過程中，所有接力器均參與糾偏，糾偏頻率提高，糾偏效果明顯，大大降低了最大偏差值。最大偏差值滿足《水輪機筒閥基本技術條件》中3.9規定的要求。

圖4筒閥最大值與最小值的偏差2錄波圖

3.2.2卡阻故障處理措施

經過對卡阻報警分析，現場對1號機組筒閥控制系統卡阻故障采取如下措施：在筒閥接力器剛開始動作時刻，才投入筒閥卡阻判據，即筒閥在運動過程中卡阻判據有效，筒閥靜止時，卡阻判據自動退出。這樣設計符合筒閥實際運行工況要求，不僅可以反應筒閥機械卡死，而且不會出現筒閥誤報卡阻現象。

4　結束語

漫灣電廠1號機組筒閥發生失步和卡阻故障，原因是筒閥接力器不動時間過長、液壓管路高壓油沖擊、糾偏效果不滿足控制要求等。現場技術人員對控制程序作針對性優化后，對筒閥控制系統進行42次開啟和關閉操作，筒閥未出現卡阻或失步故障現象，同時測得筒閥的最大偏差為2.78mm，遠遠小于筒閥控制程序優化前的6.10mm。最終結果滿足筒閥同步要求，筒閥同步性得到較大的改善。

此次缺陷能夠得以有效地解決，正是基于對數據的綜合分析后作出了有針對性的處理和改進。

參考文獻：

[1]GB-T30141-2013.水輪機筒閥基本技術條件[S].

[2]林洪德，張利民，杜江.漫灣二期水電站電液同步筒形閥結構設計[J].東方電機，2007（5）.

[3]張利平.液壓控制系統及設計[M].北京：化學工業出版社，2006.

中圖分類號：TV732.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0046-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.015

收稿日期：2014-09-29

作者簡介：王忠海（1984-），男，助理工程師，從事水電廠主機及自動化設備的運行、檢修和管理等工作。