潘家口電廠機組制動風閘故障的分析處理

鄭樹寶

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

潘家口電廠機組制動風閘故障的分析處理

鄭樹寶

（國網新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

水輪發電機組風閘釋放不到位問題層出不窮，無論是單腔彈簧復位式結構，還是三腔油氣分離式結構，活塞頻繁動作造成密封或者缸體磨損，都會不定期的出現釋放不到位問題，鑒于這一問題，根據不同情況進行分析，采取相應的處理措施，在一定程度上減少了因風閘釋放不到位造成的機組啟動不成功問題。

制動風閘；釋放不到位；位置開關；缸體磨損；啟動不成功

1 引言

潘家口蓄能電廠坐落于河北省遷西縣境內的灤河干流，共安裝有3臺90 MW混流可逆式水輪發電機組，于1992年投入商業運行，是我國最早的大型抽水蓄能電站。全套機電設備引進意大利ABB公司產品，在電網中承擔調峰、調頻和事故備用任務，至今已運行25年，為京津唐電網安全穩定運行做出了重要貢獻。

每臺蓄能機組安裝有8個風閘，圓周方向均布在轉子下方，起到機組制動和頂轉子的作用。每一個風閘上安裝有位置開關，用于監視風閘的實際狀態。在機組備用狀態下，風閘始終處于投入狀態，風閘的投入和釋放參與停機和開機流程，一旦出現風閘釋放不到位將直接影響機組的啟動成功率。

2 故障現象

由于機組啟動時風閘釋放，且8個風閘位置開關串聯使用，狀態參與到機組啟動流程中，一旦有一個風閘釋放不到位將導致風閘位置接點不返回，機組將轉入停機流程，造成機組啟動不成功。每次出現該問題，檢修維護人員就要進入發電機風洞內檢查風閘。通過檢查結果顯示，4號機組4B7風閘釋放不到位（風閘位置開關未接通）問題最為頻繁。檢修維護人員每次對風閘位置開關、風閘背母進行檢查，未發現異常。為保證機組正常開機抽水，臨時將風閘背母右旋180°（上移2 mm），調整后試驗正常，并作標記。間隔一到兩個月，上述問題會再次出現。為確保開機，再次對背母進行調整，將風閘背母右旋180°（上移2 mm），久而久之會使得正常機組運行時風閘閘板與風閘背母之間的間隙越來越小，調整空間有限。

3 原因分析

潘家口蓄能電廠機組制動風閘采用單腔彈簧復位式結構（如下頁圖1所示），風閘兩側安裝有兩個彈簧，一端固定在風閘缸體外側，一端與閘板相連。風閘缸體內通過電磁閥充入壓縮空氣（0.6～0.8 MPa左右），風閘活塞在壓縮空氣的作用力下上移，使得風閘閘板與發電機轉子下面安裝的制動環摩擦，實現制動，與此同時風閘兩側的彈簧壓縮儲能。制動過程完成后，缸體內壓縮空氣通過電磁閥排出，風閘活塞在制動器兩側儲能彈簧的作用下下移復歸。

如圖1所示，1為風閘缸體；3為風閘活塞；6為風閘背母；7為制動閘板托板；8為制動閘板（非金屬）；9為彈簧導桿；11為彈簧；20為彈簧壓緊螺母（調整螺母）。其中制動閘板托板通過球面支撐與活塞相接觸。調整風閘背母可以調節風閘活塞的行程即風閘起升高度。以4號機組4B7制定風閘為例，4號機組4B7風閘多次出現復歸不到位問題，從現場檢查情況看并不是風閘背母松動，或者是行程開關松動造成；除了這兩個原因能夠造成風閘復歸不到位外，還有另外三個原因：

圖1 風閘結構簡圖

（1）風閘缸體內存在機組檢修頂轉子時殘留的透平油，透平油未能夠徹底排出，在缸體內部形成油泥，導致活塞復歸動作緩慢或者不到位。

（2）風閘壓縮空氣含有水分，導致缸體內部銹蝕（機組大修時發現部分風閘缸體內部存在輕微銹蝕，處理后可以運行），導致風閘活塞復歸動作緩慢或者不到位。

（3）風閘內部銹蝕痕跡或者活塞內表面不光滑，造成風閘活塞在上下移動過程中存在圓周方向的力，使其在上下移動的同時活塞還存在旋轉，即與風閘背母發生圓周方向的相對位移，雖然風閘背母未旋轉，但是背母與活塞的圓周方向的相對位移也可以造成風閘活塞上下行程距離的變化。

4 問題處理

鑒于以上幾個原因，無論是油泥或者銹蝕造成，必須將風閘解體才能徹底處理，如果機組檢修不具備條件，只能采用以下兩種臨時措施：

（1）調整風閘背母（右旋），但受到風閘閘板和轉子制動環的距離局限，不能一味的調整。

（2）如果回復彈簧有壓縮量（現場查看），可以適當調整復歸彈簧，加大活塞復歸壓力；必須保證兩側彈簧調整一致，否則會造成活塞受到切向力而產生蹩勁現象，進而加劇風閘復歸緩慢、不到位造成活塞密封磨損問題。

根據風閘結構和現場實際條件，選擇第二種處理方式，現場測量每臺機組的8個風閘兩側彈簧都有不低于10 mm的預留壓縮量。為了保證調整時風閘兩側彈簧的受力一致，可以在兩側分別加上一個5 mm的鋼制墊圈墊放到彈簧下端部，調整螺母的位置不動。根據胡克定律，即F=KX，（其中F為彈簧的回復力，單位為N；X為彈簧壓縮量或者拉伸量，單位為m；K為彈簧的勁度系數），可以計算出調整后，風閘單側增加的回復力為0.005 K，兩側增加的回復力之和為調整后風閘增加的回復力即△F=0.01 K。這樣一來，風閘在撤去壓縮空氣壓力后，在兩側彈簧的作用力下可以更好地復歸，確保復歸到位。當然，增加的墊片厚度也可以適當增加或者減小，具體要看現場彈簧是否還有足夠的壓縮量。以4B7為例，根據現場條件，應單側增加5 mm厚度的鋼制墊圈。

增加彈簧回復力的處理方法為過渡處理方式，要想徹底解決風閘的這種缺陷，必須對風閘進行解體處理。采用加墊的處理方式，操作起來簡單便捷，對今后風閘運行不會產生危害，一旦處理的效果不理想可以隨時撤去墊圈，復歸到原始狀態。另外，對風閘本身或者二次位置接點等也不存在衍生的問題。

利用機組檢修期間，將該風閘吊出機坑，解體處理。利用油石、金相砂紙、研磨膏、呢子布等工器具、材料，對風閘活塞缸體內表面進行除銹拋光處理，去除缸體內部劃痕和高點。同時對活塞表面的高點、劃痕也一并處理。更換組合式密封后，對風閘進行耐壓試驗，試驗壓力為1.25倍的風閘頂起壓力，要求耐壓30 min無滲漏。

5 結論與建議

當前，水輪發電機組風閘釋放不到位問題層出不窮，無論是單腔彈簧復位式結構，還是三腔油氣分離式結構，長時間運行，活塞頻繁動作造成密封或者缸體磨損，都會不定期的出現釋放不到位問題，一旦發現不及時或者檢修維護不到位勢必影響機組啟動。鑒于以上問題，提出如下建議：

（1）機組長時間備用情況下，在機組啟動前做好風閘釋放試驗定期工作，這樣避免機組突然啟動情況下一旦發現釋放不到位，處理不及時，造成啟動不成功，尤其是調峰調頻和事故備用機組（如抽水蓄能機組）。

（2）利用機組定檢或者負荷低谷期進入發電機內部對風閘及位置開關進行檢查，投退風閘，進行位置信號的傳動，發現問題及時處理。

（3）由運行或者維護人員定期的對風閘供氣管路和風閘本體進行排污，建議一周一次，避免供氣管路內和風閘本體內殘留較多的水、油等，造成缸體內壁銹蝕問題。

（4）根據機組運行頻繁程度和運行小時數合理的制定風閘解體檢修的周期，建議結合機組B級檢修周期對風閘逐一解體檢修、處理缸體和活塞，更換風閘密封并進行耐壓試驗。

[1]潘家口電廠檢修規程[S].

[2]楊存勇，柴世強，余齊齊.發電機風閘不能正常復位的原因分析及討論[J].水電站機電技術，2015（06）.

[3]陳偉斌.水輪發電機制動風閘復歸不正常的原因及處理方法[J].廣東科技，2009（02）.

[4]孟凱.水輪發電機機械制動裝置存在的問題及改進[J].工程技術，2016（12）.

TV738

B

1672-5387（2017）12-0041-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.016

2017-11-01

鄭樹寶（1972-），男，助理工程師，從事水電廠運維管理工作。