水電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障分析

張 勇

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610021)

1 概 況

該電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)主要由自復(fù)中切換閥、緊急停機(jī)閥、主配壓閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉裝置、圖拉博裝置等設(shè)備組成。油壓裝置設(shè)有工作油罐和事故油罐，進(jìn)油部分相互獨(dú)立，互不干擾,當(dāng)工作油罐油壓降至事故低油壓時(shí)將由事故油罐提供壓力油。

在實(shí)際運(yùn)行和操作過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)速器系統(tǒng)有不滿(mǎn)足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》和檢修安全措施等情況，后通過(guò)設(shè)備改造和優(yōu)化運(yùn)行操作流程徹底解決上述問(wèn)題。

2 掉電自關(guān)閉功能

該電站原調(diào)速器液壓系統(tǒng)設(shè)置有掉電自復(fù)中功能，當(dāng)控制系統(tǒng)失電時(shí)通過(guò)定中缸使主配閥芯保持在中間位置，固定導(dǎo)葉開(kāi)度。但根據(jù)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》(國(guó)能安全[2014]161號(hào))：“23.1.8大中型電站應(yīng)采用‘失電動(dòng)作’規(guī)則，在水輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)和控制回路電壓消失時(shí)，使相關(guān)保護(hù)和控制裝置能夠自動(dòng)動(dòng)作關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)”[1]不滿(mǎn)足要求。因此，需將該電站“掉電自復(fù)中”功能改造為“掉電自關(guān)閉”功能。改造后的掉電自關(guān)閉液壓圖如圖1所示。

掉電自關(guān)閉過(guò)程：

(1)當(dāng)EV8、EV9得電時(shí)，控制油經(jīng)EV9、EV10，使液控閥EV6液控端有壓。

(2)當(dāng)EV8失電時(shí)，EV9得電時(shí)，在液控單向閥的保壓作用下，液控閥EV6液控端仍保持有壓。

(3)當(dāng)EV8有電、掉電自關(guān)閉電磁閥EV9失電時(shí)，控制油經(jīng)EV8、EV10，使液控閥EV6液控端有壓。

圖1 掉電自關(guān)閉原理圖

(4)當(dāng)EV8、EV9同時(shí)失電時(shí)，在EV9通控制油，使EV6、EV10經(jīng)EV8接通回油，導(dǎo)致緊急停機(jī)閥HV1動(dòng)作，關(guān)導(dǎo)葉。

3 機(jī)調(diào)柜失電后 槳葉自動(dòng)回關(guān)

在兩個(gè)油罐的主操作油管路上設(shè)置切換裝置及單向閥(此閥的控制由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn))如圖2所示。

圖2 工作油罐/事故油罐壓力油切換

當(dāng)壓力罐油壓小于5.0 MPa時(shí)，若水機(jī)保護(hù)判斷機(jī)組處于非停機(jī)態(tài)，水機(jī)保護(hù)將發(fā)信報(bào)警并發(fā)令使切換電磁閥動(dòng)作，事故油罐的主操作油可經(jīng)切換裝置向主配壓閥供油，防止主操作油失壓；若水機(jī)保護(hù)判斷機(jī)組處于停機(jī)態(tài)，水機(jī)保護(hù)僅發(fā)信報(bào)警。

該電站在某次檢修過(guò)程中，安全措施要求將槳葉開(kāi)到一定開(kāi)度后，將油壓裝置撤壓，并將電調(diào)柜機(jī)調(diào)柜斷電。但是，第二天發(fā)現(xiàn)槳葉自動(dòng)全關(guān)。后通過(guò)分析液壓原理圖發(fā)現(xiàn)，槳葉開(kāi)度控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，槳葉主配沒(méi)有配備定中缸，當(dāng)機(jī)調(diào)柜停電后，槳葉伺服比例閥因失電而向故障位(排油位)移動(dòng)，從而使槳葉主配控制端失去壓力油，槳葉主配在恒壓油的作用下向關(guān)閉側(cè)位移動(dòng)從而使槳葉全關(guān)。

因此，在操作過(guò)程中需要考慮先關(guān)閥還是先斷電、先關(guān)主操作油閥還是先關(guān)輔助油閥：

(1)若先關(guān)閉事故油罐輔助壓力油供油閥，則事故切換閥、事故配壓閥控制油源消失，切換閥、事故配壓閥動(dòng)作，后果是直接將導(dǎo)葉全關(guān)[2]。

(2)若先關(guān)閉壓力油罐輔助壓力油供油閥，則導(dǎo)葉主配、槳葉主配控制油消失，將引起導(dǎo)葉主配、槳葉主配失控，可能引起導(dǎo)葉開(kāi)度和槳葉開(kāi)度的變化。

(3)若先關(guān)閉壓力油罐主操作油，因切換閥動(dòng)作的條件是壓力油罐上的壓力繼電器動(dòng)作，故即使先關(guān)閉壓力油罐主操作油供油閥，也不會(huì)引起切換閥動(dòng)作。而事故油罐輔助壓力油供油閥、壓力油罐輔助壓力油供油閥的先后操作順序也不會(huì)對(duì)設(shè)備造成任何影響。故只要先關(guān)閉主操作油供油閥后關(guān)閉輔助壓力油供油閥即可，而對(duì)先操作壓力油罐還是先操作事故油罐并無(wú)要求。

(4) 嚴(yán)格按照上述關(guān)閉閥門(mén)的順序操作了，但導(dǎo)葉依然關(guān)閉了，這可能是因?yàn)槭鹿视凸拗鞑僮饔凸┯烷y或壓力油罐主操作油供油閥未關(guān)嚴(yán)導(dǎo)致的。

4 防止事故配壓閥誤動(dòng)

每臺(tái)機(jī)組調(diào)速器設(shè)有1套事故配壓閥。當(dāng)機(jī)組發(fā)生緊急事故時(shí)，通過(guò)電氣信號(hào)或過(guò)速保護(hù)裝置驅(qū)動(dòng)事故配壓閥，使導(dǎo)葉迅速關(guān)閉。一旦過(guò)濾裝置堵塞嚴(yán)重，會(huì)降低控制事故配壓閥的壓力等級(jí)，導(dǎo)致事故配壓閥誤動(dòng)停機(jī)或者無(wú)法正常開(kāi)機(jī)，事故配壓閥如圖3所示。

具體分析如下：

正常運(yùn)行時(shí)，C1、 C2上端通回油，插裝閥是釋放開(kāi)的。C3、C4是通壓力油，封死插裝閥。從C3看出，它之所以可以封住的原因是，上端和控制油的接觸面積大于下端控制油的接觸面積。所以在同等壓力下，C3不會(huì)被頂開(kāi)。因C3與壓力油接通，當(dāng)C3控制油的壓力由于堵塞降低，等壓力降低到一定程度。尤其是調(diào)速器在開(kāi)起過(guò)程中，由于油錘效應(yīng)，C3下端的壓力可能會(huì)更大，更容易會(huì)把C3頂開(kāi)，造成事故配誤動(dòng)。

圖3 事故配壓閥

因此，在液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就提出將事故配壓閥、圖拉博裝置的用油取自一處油口，為使這些關(guān)鍵元件的動(dòng)作可靠，該回路不設(shè)油過(guò)濾器防止誤動(dòng)。

5 緊急停機(jī)過(guò)程中誤按急停復(fù)歸按鈕

緊急停機(jī)由緊急停機(jī)電磁閥EV10、液控閥EV6、緊急停機(jī)閥HV1組成。緊急停機(jī)電磁閥EV10受各種急停保護(hù)及急停按鈕控制，當(dāng)EV10得電后使HV1的接通壓力油和回油的兩個(gè)液控端調(diào)換，從而使HV1換位，將導(dǎo)葉主配的定中缸和液控端同時(shí)接通回油[3]。導(dǎo)葉主配在恒壓油的作用下向關(guān)導(dǎo)葉位移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

當(dāng)調(diào)速器收到停機(jī)令后，停機(jī)令會(huì)一直保持，直到調(diào)速器靜止態(tài)到達(dá)(轉(zhuǎn)速為0，導(dǎo)葉全關(guān))，在停機(jī)過(guò)程中，其他命令無(wú)效。

所以，根據(jù)圖1和調(diào)速器停機(jī)過(guò)程分析，當(dāng)啟動(dòng)緊急停機(jī)流程后，在調(diào)速器收到停機(jī)令之前，只要按下急停復(fù)歸按鈕，緊急停機(jī)電磁閥復(fù)歸，緊急停機(jī)流程便會(huì)結(jié)束。此時(shí)調(diào)速器可以接受監(jiān)控系統(tǒng)新的指令。若是在調(diào)速器收到停機(jī)令后，按急停復(fù)歸按鈕，因該停機(jī)令會(huì)一直保持，所以機(jī)組依然會(huì)執(zhí)行停機(jī)流程，不同的是通過(guò)伺服電磁閥走的停機(jī)流程。

6 關(guān)導(dǎo)葉時(shí)電磁換向閥V2損壞

正常情況下，當(dāng)接力器行程>25.5%時(shí)，處于得電；接力器行程<25.5%時(shí)，處于失電。分段關(guān)閉裝置原理圖如圖4所示，若關(guān)導(dǎo)葉時(shí)電磁換向閥V2損壞：

(1)當(dāng)接力器行程>25.5%時(shí)，電磁換向閥V2失電；液控?fù)Q向閥V3液控端失壓，液控?fù)Q向閥V3與接力器關(guān)腔相連，插裝閥C5上端通壓力油(因?yàn)樘幱陉P(guān)導(dǎo)葉過(guò)程中，接力器關(guān)腔通壓力油)[4]。所以，插裝閥C5退出、C6投入。

圖4 分段關(guān)閉裝置

(2)接力器行程<25.5%時(shí)，處于得電。此時(shí)分段關(guān)閉行程閥既機(jī)械拐點(diǎn)起作用。液控?fù)Q向閥V3液控端通回油發(fā)生切換，插裝閥C5與接力器關(guān)腔相連，插裝閥C5上端通壓力油(因?yàn)樘幱陉P(guān)導(dǎo)葉過(guò)程中，接力器關(guān)腔通壓力油)。所以，插裝閥C5退出、C6投入。

因此，當(dāng)關(guān)導(dǎo)葉時(shí)電磁換向閥V2損壞，分段關(guān)閉裝置一直投入，按第二段關(guān)機(jī)速率關(guān)導(dǎo)葉。所以正常停機(jī)過(guò)程中V2損壞只是關(guān)導(dǎo)葉速率變慢，不會(huì)造成嚴(yán)重后果；但如果是事故停機(jī)關(guān)導(dǎo)葉，此時(shí)運(yùn)行人員需嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組轉(zhuǎn)速上升情況，防止機(jī)組過(guò)速。

7 “三選二”功能

因某電站調(diào)速器A套導(dǎo)葉開(kāi)度傳感器開(kāi)度定位滑塊與支架的固定螺栓脫落，不能正確反映導(dǎo)葉實(shí)際開(kāi)度，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)三次負(fù)荷波動(dòng)，第一次波動(dòng)372～728 MW，第二次波動(dòng)299～689 MW，第三次波動(dòng)156～753 MW，后調(diào)度下令緊急停機(jī)。

所以為防止類(lèi)似情況發(fā)生，該站調(diào)速器的導(dǎo)葉開(kāi)度信號(hào)、槳葉開(kāi)度信號(hào)、功率信號(hào)、水頭信號(hào)均已實(shí)現(xiàn)“三選二功能”[5]，變送器故障包括該變送器的功率反饋偏差故障和變送器本體故障(越限、斷線(xiàn))，故障后該傳感器被剔除，剩下兩個(gè)傳感器進(jìn)行控制和判斷。當(dāng)三個(gè)變送器信號(hào)中任意兩個(gè)變送器的偏差超過(guò)設(shè)定值持續(xù)一定時(shí)間后，報(bào)“偏差故障”，若該傳感器越限則不報(bào)“反饋故障”；若三個(gè)傳感器中一個(gè)報(bào)“偏差故障”另外兩個(gè)傳感器中的一個(gè)或兩個(gè)越限，則報(bào)本套“反饋故障”，調(diào)速器切至備套運(yùn)行，若運(yùn)行在功率模式，則切換至開(kāi)度模式運(yùn)行。調(diào)速器優(yōu)先選擇變送器1主用，當(dāng)變送器1和2偏差超過(guò)設(shè)定值持續(xù)一定時(shí)間后，將變送器1、2分別與變送器3進(jìn)行比較，選擇與變送器3偏差值較小者為主用，并報(bào)另一個(gè)變送器故障。

8 結(jié) 語(yǔ)

調(diào)速器液壓系統(tǒng)發(fā)生故障，將對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成威脅。通過(guò)對(duì)該電站調(diào)速器功能進(jìn)行完善和優(yōu)化，有效的解決了機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，切實(shí)提高設(shè)備的可靠性。