卸載閥故障導致機械制動過早投入問題的分析

錢 力，李世昌，胡立昂，李甲駿，李永杰

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

卸載閥故障導致機械制動過早投入問題的分析

錢 力，李世昌，胡立昂，李甲駿，李永杰

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣電站某次4號機組發電停機過程中，電氣制動50%轉速投入后，機械制動在20%轉速時投入。正常情況下，機械制動應在5%轉速時投入，只有在某些電氣保護動作或緊急停機時，電氣制動不投，機械制動在20%轉速時投入。本文針對這起機械制動過早投入問題進行分析。

高壓注油；機械制動提前投入；泄載閥

1 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省井陘縣境內。電站總裝機容量1 000 MW，安裝4臺250 MW的單級混流可逆式機組，以一回500 kV線路接入河北省南部電網，設計年發電量16.75億kW·h。電站由上下水庫和地下廠房組成。上水庫布置在山頂，經開挖填圍而成，正常蓄水位810 m，總庫容785.4 m3，調節庫容720萬m3，全庫采用復式瀝青混凝土進行防滲。下庫利用已建的張河灣水庫，在原有未建成的大壩上加高再建而成，正常蓄水位488 m，下庫總庫容8 330萬m3，具有年調節性能。引水水道和地下廠房系統布置在上下水庫之間的山體內，設豎井高壓管道，鋼板內襯，采用1管2機方式布置。電站在華北電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。

2016年機組啟動頻繁，運行時間長。2015年年度發電量為3.80億kW·h。截至2016年7月31日，2016年度發電量已達8.67億kW·h。

2 機械制動過早投入故障分析

2.1 機組制動系統組成

張河灣電站發電電動機制動采用電氣制動和機械制動配合使用，有兩種配合方式。

（1）機組正常停機時，轉速小于50%投入電氣制動；轉速小于5%投入機械制動。

（2）機組某些電氣保護動作或緊急停機時，電氣制動不投，轉速小于20%投機械制動。

2.2 高壓注油系統組成及邏輯判斷

張河灣電站發電電動機推力軸承配有一套高壓油系統，有一臺直流泵和一臺交流泵，在機組啟停過程中轉速為0～90%范圍內其中一臺泵投入運行，另一臺泵備用。

透平油儲存在推力油盆內，對推力瓦、主軸進行潤滑冷卻后經管路返回推力油盆，循環使用。在機組轉速較高時，主軸的高速旋轉可以維持透平油的循環，保證潤滑、冷卻效果。當機組在低轉速時，主軸自身的轉速不足以維持透平油的循環，所以需設置高壓注油泵補充透平油，確保潤滑、冷卻效果。為防止泵出口壓力過高，泵出口回路并聯有卸載閥AA006和AA007，設定值為17 MPa。因此，泵出口壓力為17 MPa。

圖1 高壓注油系統圖

泵出口回路有兩只壓力傳感器 CP001和CP002，當壓力高于11 MPa時監控收到CP002建壓正常信號，壓力高于14 MPa時監控收到CP001建壓正常信號。機械制動啟停判斷邏輯通過CP001來判斷。

2.3 故障經過

2016-06-10 19：40，4號機組發電停機過程中，機械制動提前投入。故障過程如下：

19:40:26 U04_RQ_STOP_DL01 Unit stop request order CLG

19:41:46 U04_MG10_CS101_DI02 Speed SW Elec-brake{50%,RV17}

19:42:09 U04_AJ13_GS110_DI01 EBCB CLOSED

19:43:53 U04_MG10_CS101_DI06 SW Mech-brake EB Fail{20%,RV15}

19:43:53 U04_SP04_AU001_DI01 Mechanical break ON

19:45:35 U04_AJ13_GS110_DI01 EBCB OPEN

19:46:03 U04_SP04_AU001_DI01 Mechanical break OFF

19:46:13 U04_SQ51_IN_PROG TS to Stand-Still seq

根據歷史記錄可知，電氣制動在50%轉速后投入，機械制動在20%轉速時投入，分別在機組達到停機穩態前退出。

2.4 原因分析與處理過程

查閱監控歷史記錄發現，CP002收到正常建壓信號時間不到1 s，CP001收到正常建壓信號時間為3 min 59 s（正常情況下應該在1 s之內），而此時機組的轉速已經低于20%，因此初步判斷機械制動提前投入可能有3方面的原因：

（1）高壓注油泵本身的問題導致出口壓力降低；

（2）高壓注油泵出口壓力傳感器CP001或者信號傳輸回路故障；

（3）高壓注油泵出口卸載閥故障或者設定值過低導致出口壓力降低。

隨后現地手動啟動高壓注油泵，觀察現地出口壓力表和監控上收到CP001建壓成功信號的時間均正常，排除前兩種可能。據此分析，停機過程中未收到建壓成功信號是由于高壓注油泵出口卸載故障造成。

在停機過程中，轉速下降至90%額定轉速時高壓注油泵啟動。此時主軸自身轉速仍在維持一定程度的油的循環，導致管路壓力有一定程度的下降，而當卸載閥設定值降低時壓力就下降的更明顯，導致管路出口壓力低于14 MPa。隨著機組轉速下降，主軸旋轉導致的管路壓力下降效果越來越小。當管路實際壓力，即泵出口壓力減去主軸旋轉所致管路壓力下降值，大于14 MPa時，高壓注油系統才能建壓成功，這樣就導致了CP001收到建壓成功信號較慢。

現地檢查發現，直流高壓注油泵卸載閥設定值過低且無法進行調整。同時，交流高壓注油泵卸載閥設定值過低。更換直流高壓注油泵卸載閥，并將交、直流高壓注油泵卸載閥定值調整至正常后，機組在停機過程中收到高壓注油泵出口壓力CP002信號時間正常，機械制動投入時間正常。

2.5 故障危害

（1）卸載閥設定值過低導致建壓不成功，機組啟動失敗；

（2）長期過早投入機械制動會導致機械剎車閘板磨損量增加，制動效果下降,停機過程收到轉速為0信號的流程超時導致機械跳機；

（3）高壓注油系統建壓時間過長，影響推力瓦與大軸潤滑效果，導致推力瓦磨損程度增加。

2.6 采取措施

（1）啟停機過程中，運行人員在CVS監控畫面觀察高壓注油系統建壓是否成功，巡檢人員現場巡視時關注高壓注油系統壓力值及其變化。

（2）針對卸載閥設定值下降原因，檢查其余機組卸載閥設定值情況，并結合檢修定期檢查維護。

2.7 現場觀察

圖2 4號機停機過程高壓注油系統壓力示意圖

2016-08-24對4號機抽水停機過程中高壓注油系統壓力進行現場觀察記錄，壓力曲線如圖2。初始狀態為高壓注油泵尚未啟動，機組轉速維持透平油循環，管路內壓力為3.5 MPa；之后，高壓注油泵啟動，經卸載閥卸壓以及機組轉速引起的壓力下降之后，管路壓力為14 MPa；隨著機組轉速的下降，機組轉速引起的壓力下降效果越來越弱，管路壓力逐漸上升至16.5 MPa,并維持一段時間；最終停泵后管路殘留壓力為5.5 MPa，逐漸下降到0。

圖3 4號機啟動過程高壓注油系統壓力

2016-08-25對4號機發電工況啟動過程中高壓注油系統壓力進行現場觀察記錄，壓力曲線如圖3。初始狀態為高壓注油泵尚未啟動，機組轉速為0，管路內壓力為0；之后，高壓注油泵啟動瞬間，經卸載閥卸壓后，管路壓力為17 MPa；機組轉速上升初期，轉速較低，機組轉速引起的壓力下降效果不明顯，管路壓力緩慢下降至16.8 MPa；隨著機組轉速繼續上升，機組轉速引起的壓力下降效果越來越明顯，管路壓力逐漸下降至14 MPa，并維持一段時間；停泵后管路壓力迅速下降，由機組轉速帶來的透平油循環效果維持在到4 MPa。

3 結論

機組啟停頻繁、運行時間長、震動大、卸載閥自身使用壽命等因素導致卸載閥的備母及調節螺栓松動，致使卸載閥設定值下降；且內部結構損壞，導致無法進行設定值調節；結合機組轉速帶來的壓力下降效果共同導致高壓注油系統建壓超時。目前，4臺機組高壓注油系統卸載閥設定值正常；啟停機過程中，高壓注油系統建壓正常。

[1]邱彬如，劉連希.抽水蓄能電站工程技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]高傳昌.抽水蓄能電站技術[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[3]GB/T 20834-2014發電電動機基本技術條件[S].北京：中國標準出版社.

表2

從定子繞組絕緣電阻及直流耐壓試驗數據來看，并不能發現任何異常情況。誠然，張河灣電站定子繞組輕微的電腐蝕短期內也不會對定子繞組的正常運行產生大的影響，但是，如果不及時進行處理，產生的后果將不可預測。在廠家的建議下，電站今后在進行定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗時，將試驗電壓提升至2.5Un（39.4 kV），以便更好地發現電腐蝕所產生的潛在缺陷。

6 結束語

本文針對張河灣電站發電機定子繞組電腐蝕的形成原因、處理過程及相應的預控措施進行了介紹，可以看出，發電機定子繞組電腐蝕是發電機的常見故障，由于電腐蝕程度不同，對發電機的安全運行影響不同。此外，張河灣電站定子繞組的電腐蝕目前只發現在繞組端部存在，處理起來相對容易，但更應注意對槽內線棒電腐蝕加強監測，應通過局放監測及定期試驗來檢測是否發生了電腐蝕。同時，從發電機的設計、安裝等角度也應嚴格把關，提高定子繞組的起暈電壓，提升安裝工藝水平，從多角度減少定子繞組電腐蝕產生的機率。

參考文獻：

[1]過壽南.淺談大型發電機定子線圈絕緣及電腐蝕問題［J］.四川水力發電，1994（增刊）.

[2]許新軍，李令軍.基于發電機電暈放電的探討［J］.理論廣角，2013（5）.

TV738

B

1672-5387（2016）12-0055-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.020

2016-08-29

錢 力（1990-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站生產運行維護管理工作。