重錘關機裝置應用中存在的問題及處理分析

計小寧，李元錕，姚福星

（贛江石虎塘航電樞紐管理處，江西 吉安343732）

燈泡貫流式水輪發電機組，轉動慣量小，水流慣性大，機組甩負荷時引起的壓力上升和轉速上升都偏大，一般甩負荷后5 s即可上升到最大轉速。從目前已建的貫流式電站來看，普遍采用三級保護關閉導葉，依次是轉速115%且主配拒動緊急停機將主配活塞置于關機側關閉導葉。若緊急停機電磁閥不能正常動作或者主配壓閥閥卡，轉速上升至電氣事故停機點（一般設置為153%），然后由事故停機電磁閥驅動重錘關機裝置來關閉導葉。若事故停機電磁閥故障，轉速繼續上升至機械過速裝置整定值（一般整定為156%），圖拉博動作使液控換向閥接通回油驅動重錘關機裝置從而關閉導葉。重錘關機裝置作為貫流式機組事故狀態下的最后一道防線，若重錘關機裝置拒動將直接導致機組發生飛逸事故，甚至會造成水淹廠房事件，在機組保護方面發揮著極其重要的作用。由于重錘關機裝置的重要性，因此在一年一度的歲修中重錘關機裝置的各項試驗是否滿足要求是保證機組安全運行的重要保障。

1 重錘關機系統組成

重錘關機控制裝置主要由1個單向閥、2個插裝閥、1個液控單向閥、1個兩位四通電磁換向閥、1個兩位四通手動換向閥、1個集成塊構成（見圖1）。

2 調試過程遇到的幾個典型問題

（1）通過動作事故停機電磁閥，重錘關機裝置能夠可靠的關閉導葉，但是對于改變機械過速換向閥的狀態，重錘關機裝置未能動作管路也無過油聲音。

（2）調速系統建壓后，測試各電磁閥動作情況時。發現無論通過事故電磁閥驅動重錘關機裝置動作，還是通過機械過速裝置驅動重錘關機裝置，開機側管路均有明顯振動，重錘關機裝置殼體有明顯的撞擊聲。

（3）依據《水輪發電機組自動化元件（裝置）及其系統基本技術條件》要求，機械液壓過速保護裝置在整定轉速時，過速飛擺及換向閥應能準確動作，可手動返回，其動作誤差≤3%整定值。過速限制系統應能在一級過速（一級過速觸點動作同時調速器主配壓閥拒動，再經延時）及二級過速時，準確動作，并能根據要求整定關閉接力器的時間?，F場模擬機械過速動作，從機械過速裝置動作到接力器開始關閉有10 s以上的延時。

（4）機械過速復歸后，通過主配壓閥開啟導葉，會出現壓力迅速降低的狀況。

3 原因分析

（1）事故停機電磁閥可以正常驅動重錘關機裝置，但機械過速裝置無法驅動重錘關機裝置。

事故停機電磁閥動作后，插裝閥①上腔的回油變為壓力油，將主配壓閥開機側油路截斷，插裝閥②上腔的壓力油變成回油，接力器開機腔液壓油通過事故配壓閥直接和回油箱接通。但是機械過速動作后，機械液壓脫扣器被離心探測器所觸發，其行程閥使事故配壓閥動作，一路壓力油通過梭閥將插裝閥①封死，另一路壓力油作用于液控單向閥④，使插裝閥②上腔接通回油。若事故停機電磁閥可以正常驅動事故配壓閥，但機械過速無法驅動事故配壓閥。有3個方面的原因：1）機械過速液控閥卡阻，閥芯無法正常動作，油路無法切換。2）液控單向閥卡阻，壓力油無法將其打開，插裝閥不能正常接通回油。3）梭閥卡阻，插裝閥不能截斷主配壓閥開機側油路。針對以上3個原因：模擬機械過速動作打開液控閥后端蓋，發現液控閥控制油路為回油時，液控閥閥芯靠彈簧力無法回位。將液控閥解體后，發現先導活塞卡阻嚴重，用金相砂紙將先導活塞打磨后，回裝活塞動作靈活。將液控單向閥解體后，閥芯動作靈活。檢查梭閥，也無卡阻現象。初步判斷此次故障，是由于機械過速液控閥卡阻，造成油路無法正常切換造成的。全部回裝完成后，再次動作試驗事故配壓閥動作正常。

（2）重錘關機裝置動作時管路有明顯振動。

在調速系統初次建壓充油后，動作事故配壓閥，發現開機側管路有明顯振動，重錘關機裝置插裝閥和重錘關機裝置殼體有明顯的撞擊聲。經分析事故配壓閥動作后，主配壓閥開機腔油路被插裝閥①切斷，接力器開機腔液壓油通過事故配壓閥直接和回油箱接通。經仔細觀察發現，事故配壓閥控制油濾后壓力偏低，插裝閥上腔的壓力油油壓偏低不足以將插裝閥①封死。打開油壓裝置回油箱發現，導葉動作時回油箱有較多氣泡，初步判斷接力器開腔有空氣，事故配壓閥動作后回油速度較快壓縮空氣產生了較大的壓力，致使插裝閥反復動作。通過更換輔控油濾芯，濾前濾后控制油無壓差，多次動作導葉全開全關排盡導葉接力器管路里的空氣后，再次動作事故配壓閥，管路振動和插裝閥和事故配壓閥殼體撞擊聲消除。

（3）模擬機械過速裝置動作，重錘關機裝置動作滯后嚴重。

現場模擬機械過速動作時，從行程閥動作到接力器開始關閉有12.42 s的時間。若此時機組甩負荷，主配壓閥卡阻、事故停機電磁閥電源消失，機組轉速持續升高，只能靠機械過速關閉導葉，但是經12.42 s的延時，必然造成機組轉速更高甚至達到飛逸轉速，造成嚴重后果。從重錘關機裝置的原理分析來看，重錘關機時主配壓閥若卡在關機側，關機腔接通壓力油加速導葉關閉。若主配壓閥在中位，接力器的關機腔由于真空的作用會吸開關機油路與回油箱間的單向閥而使接力器關機腔充滿無壓油。若主配壓閥卡在開機側，接力器關腔通過主配壓閥和回油箱連通。接力器開機腔的回油必須頂開插裝閥的閥芯后才能進入回油箱，才能完成關機動作。由此可見，重錘的力矩既要克服導水機構的摩擦力，又要有一部分余量來打開單向閥和插裝閥的閥芯。若插裝閥的排油回路不暢，定會影響接力器動作的時間。

在第1次測試動作時間時，發現從機械過速裝置動作到接力器開始關閉有12.45 s。由于液控換向閥是靠活塞推動閥芯動作，活塞一邊是控制油，另一邊是彈簧。當控制腔為壓力油時，油壓力大于彈簧力，液控閥處于復歸狀態，當控制腔為回油時，彈簧力大于油壓力，液控閥處于動作狀態。由于動作時，主要靠彈簧的彈力來推動閥芯，從增加動力的角度出發，在彈簧上加裝了一個銅墊。再次測試從機械過速動作到導葉接力器動作還是有9.86 s。之前考慮到機械過速裝置已經來回動作過很多次，控制管路里面的空氣應該排除干凈了。進一步分析動作過程發現，機械過速裝置復位后，壓力油進入控制油管，由于油管比較長且另一端密閉。當機械過速裝置動作后，管內壓力油會排出一部分，由于控制油管另一端是密封的，所以管路里面還是有液壓油。因此短時間內通過機械過速裝置動作無法將管路內的空氣排出。所以，當機械過速動作后，雖然彈簧力起作用，但是由于另一側壓縮空氣存儲的能力不能快速釋放，延緩了閥芯動作。于是，下一步要將控制油管內的空氣排掉，首先關閉輔助控制油源，然后將控制管路拆開用軟管將管路延長至油桶內，避免排空氣時液壓油飛濺。做好這些措施后，將機械過速裝置扳動至復歸位置，緩慢開啟輔助控制油源待有液壓油流出即代表油管內空氣排除干凈。接好控制管路，將各閥門恢復至正常狀態，再次模擬機械過速動作，從機械過速動作到導葉接力器開始關閉為1.67 s，滿足要求。

（4）機械過速復歸后，通過主配壓開啟導葉，會出現壓力迅速降低的狀況。

由于機械過速裝置控制管路較長，液控換向閥動作較少活塞有可能存在卡阻的現象，管路首次充油，空氣有可能未排除干凈等原因，機械過速裝置復位后，液控換向閥完全切換到位有一定的時間差。若此時操作導葉主配壓閥向開機側動作，由于液控換向閥⑥未完全到位，此時插裝閥②上腔的壓力油有可能無法將插裝閥②完全封死。這樣導葉主配壓閥開機腔的壓力油經過插裝閥②直接回到回油箱。由于插裝閥②是按導葉的第一段關閉時間來調整的，因此過油量相當大。而且，也不會像正常動作導葉時，當導葉開至最大后就不會有回油了。曾經在調試過程中，也發生過類似的油壓裝置壓力迅速降低現象，由于現場調試人員經驗不足，只想到用最直觀的方法關閉主供油閥，由于主供油閥選用的是閘閥，全開到全關時間較長。由于反應比較迅速，等到主供油閥全關時，壓力油罐的油位已經很低了，油壓只有4.3 MPa。若關閉速度再慢點就可能造成壓力油罐內的氣體直接泄到回油箱造成液壓油的飛濺。針對這種異常情況，可以通過停止操作導葉主配壓閥來切斷壓力油源，或者手動動作事故停機電磁閥，來迅速將插裝閥②封死，都可以避免油壓裝置內空氣通過主供油閥迅速排到回油箱造成事故。

4 小結

通過分析重錘關機裝置在調試過程中遇到的幾個典型問題，不難發現若遇到異常情況，如果未采取正確的處理方法，可能造成重大的事故。針對機械過速裝置動作后，控制管路空氣排除較困難的問題，筆者認為可以在液控換向閥管路接頭處增加一個三通，加裝一個排氣閥。在每次管路首次建壓充油后，可以方便的將控制管路內空氣排干凈。