大朝山水電站機(jī)組筒形閥控制回路故障分析及改造

王保鴻 夏海鎮(zhèn)

（1.國投云南大朝山水電有限公司，昆明 650011；2.昆明市城建投資開發(fā)有限責(zé)任公司，昆明 650034）

1 大朝山水電站及筒形閥簡介

1.1 大朝山水電站簡介

大朝山水電站位于云南省臨滄市的云縣和普洱市的景東彝族自治縣交界的瀾滄江上，是瀾滄江中下游梯級開發(fā)規(guī)劃中緊接漫灣電站的另一座百萬千瓦級電站。電站于1997年8月經(jīng)國家批準(zhǔn)正式開工，2001年11月23日首臺機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電，2003年全部機(jī)組建成投產(chǎn)。電站總裝機(jī)容量135萬kW （六臺單機(jī)22.5萬kW）。

1.2 筒形閥結(jié)構(gòu)及原理

筒形閥是大型水輪機(jī)進(jìn)水閥，與水電站常用蝴蝶閥和球閥在結(jié)構(gòu)布置上不同。閥體裝設(shè)在水輪機(jī)的活動導(dǎo)葉和固定導(dǎo)葉間，阻斷導(dǎo)水機(jī)構(gòu)過流截面，切斷水流并密封。筒形閥具有操作靈活、方便、啟閉時(shí)間短等特點(diǎn)。與蝶形閥相比水力損失小，安裝空間小，造價(jià)低，投資省。

大朝山水電站六臺水輪發(fā)電機(jī)組均采用筒形閥作為停機(jī)斷流部件，取消了機(jī)組進(jìn)水口快速門，僅在機(jī)組進(jìn)水口設(shè)一道事故檢修門。開啟時(shí)給安裝在水輪機(jī)頂蓋上的六個(gè)筒形閥接力器下腔供入壓力油 （4.0MPa），閥體被拉起，全開時(shí)閥體被提到水輪機(jī)頂蓋內(nèi)，其下端與頂蓋過流面抗磨板平齊，不影響過流通道。當(dāng)六個(gè)接力器上腔供油，下腔排油時(shí)筒形閥體從頂蓋伸出，全關(guān)時(shí)閥體落在水輪機(jī)底環(huán)上。筒形閥開啟時(shí)間為90s，關(guān)閉時(shí)間為60s。主要由閥體、操作接力器、同步機(jī)構(gòu)、控制柜、壓油裝置及油管路組成。

2 大朝山水電站筒形閥控制原理

大朝山水電站筒形閥的開啟與關(guān)閉，是通過切換壓力油的流向?qū)崿F(xiàn)的，而壓力油的油路切換由筒形閥控制柜內(nèi)的電液閥實(shí)現(xiàn)。

2.1 簡形閥的開啟過程

為避免撞擊，筒形閥開啟過程分兩階段，0%開度到90%開度速度較快，90%開度到全開速度較慢?？刂乒裰胁捎脙煞N型號的三位四通電液換向閥 （以下簡稱電液閥）如圖1，YV72（16型）和YV71（62型）。當(dāng)電液閥中電磁線圈a與b均不通電時(shí)，閥A、B、P、T口均不通。當(dāng)開啟線圈a通電時(shí)P-B、T-A口接通。當(dāng)關(guān)閉線圈b通電時(shí)，P-A、T-B口接通。

控制柜在自動方式下收到監(jiān)控下達(dá)開啟筒形閥令，或在控制柜手動方式下按下開啟按鈕，系統(tǒng)無故障，筒形閥開啟繼電器 （KJ）勵(lì)磁，如圖2。在筒形閥關(guān)閉繼電器 （TJ）未勵(lì)磁或筒閥未全開的情況下，開啟繼電器 （KJ）勵(lì)磁后，其常開接點(diǎn)閉合，開筒閥回路自保持，使柜內(nèi)兩個(gè)三位四通電液閥換向閥 （62型和16型）的開啟線圈a通電，于是三位四通閥換向壓力油經(jīng)P至B口 （如圖1，62型電液閥控制較大油流量，16型電液閥控制較小油流量）進(jìn)入六個(gè)筒形閥直缸接力器下腔，而上腔油經(jīng)A至T口排至回油箱。在六個(gè)接力器的作用下，將筒形閥提起，當(dāng)筒形閥提至全開位置的90%時(shí)，在筒形閥位置指示機(jī)構(gòu)上的90%位置觸點(diǎn)SS719動作使兩端開啟繼電器1ZJ勵(lì)磁，如圖2。其常閉接點(diǎn)切斷62型電液閥開啟線圈 （YV71a）電源后，該液控閥回到中間位置，截?cái)嘣撚吐?，減小進(jìn)入六個(gè)筒閥直缸接力器下腔的總油流量，降低上升速度。16型電液閥的油流量繼續(xù)將筒形閥緩慢提升至全開位置。

按照設(shè)計(jì)，在筒形閥全開后100%全開觸點(diǎn)SS721閉合使3ZJ勵(lì)磁，如圖2。開筒形閥回路中常閉觸點(diǎn)3ZJ切斷開筒形閥開啟自保持回路，KJ繼電器失電，16型電液閥開啟線圈YV72a失電，該電液閥回到中間位置，切斷油路。

此時(shí)，除了六個(gè)筒形閥直缸下腔油路被封閉外，再沒有其他機(jī)械措施保證筒形閥保持在全開位置，電液閥、接力器活塞、油管路出現(xiàn)的漏油將使筒形閥下腔壓力降低，筒形閥有可能在振動和自重壓力下緩慢下落。

在1#機(jī)投產(chǎn)初期，每次開機(jī)后檢查筒形閥接力器下腔油壓數(shù)值都不同，這正是16型電液閥切斷油路后漏油壓造成的。于是，將1#機(jī)筒形閥開啟回路中自保持回路的全開繼電器3ZJ常閉接點(diǎn) （3、9）短接，這樣，正常情況，開啟令發(fā)出后，只要沒有收到關(guān)閉令，KJ繼電器一直帶電，16型電液閥開啟線圈YV72a保持帶電，筒形閥壓油罐壓力油經(jīng)16型電液閥的P至B口與筒形閥六個(gè)直缸接力器下腔保持接通，下腔壓力保持4 MPa。此后5臺發(fā)電機(jī)組在安裝時(shí)都短接了該對節(jié)點(diǎn) （3、9）。

2.2 簡形閥的關(guān)閉過程

按照設(shè)計(jì)關(guān)閉過程也分兩階段，但拐點(diǎn)不由開度位置控制，而通過時(shí)間繼電器控制，因時(shí)間計(jì)算問題未使用該時(shí)間繼電器，故關(guān)閉過程無拐點(diǎn)。控制柜收到監(jiān)控下達(dá)關(guān)閉筒形閥令，或者控制柜被切換到手動方式后按下關(guān)閉按鈕。筒形閥關(guān)閉繼電器勵(lì)磁TJ，其常閉接點(diǎn)使開啟繼電器KJ自保持回路斷開，開啟繼電器斷電，在開啟繼電器未勵(lì)磁的情況下，筒形閥關(guān)閉繼電器自保持，關(guān)閉繼電器的常開觸點(diǎn)使兩個(gè)三位四通電液閥換向閥（62、16型電液閥線圈b帶電）同時(shí)動作切換油路，將壓力油導(dǎo)入六個(gè)直缸接力器上腔，下腔油被排到回油箱，筒形閥在自重及上腔壓力作用下關(guān)閉。到達(dá)全關(guān)位置后，全關(guān)位置繼電器帶電，其常閉觸電斷開（在關(guān)閉回路的自保制回路上2ZJ），62、16電液閥失電，回到中間位置斷開油路。

3 大朝山水電站筒形閥開啟回路典型故障分析與改造

3.1 筒形閥開啟回路典型故障列舉

控制柜內(nèi)16型電液閥在開啟筒形閥的過程中及筒形閥全開后極為重要。從提起筒形閥到100%以及全開以后保持筒形閥接力器下腔4.0MPa額定壓力均要靠該閥門。該三位四通閥的換向依靠電磁閥，一旦電磁閥故障將造成流程自動開機(jī)失敗或筒形閥下腔壓力降低。以下為大朝山電站投產(chǎn)以來該閥門故障造成設(shè)備異常的幾次記錄：

（1）記錄一。某年11月23日 1＃機(jī)運(yùn)行中筒形閥接力器下腔壓力下降到2.4MPa，檢查原因?yàn)椋寒?dāng)日上午查找直流系統(tǒng)接地點(diǎn)，采用拉負(fù)荷排除法，當(dāng)斷開水輪機(jī)層直流電源時(shí)使開筒形閥繼電器KJ失電，筒形閥開啟自保持回路被破壞，16型電液閥回復(fù)到中間位置，因漏油使筒形閥接力器下腔壓力降低。處理：將筒形閥控制切為 “手動”，重新按下 “開啟”按鈕，使電磁閥帶電后恢復(fù)正常。

（2）記錄二。某年12月02日 4#機(jī)接機(jī)后首次啟動時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)4＃機(jī)筒形閥開啟故障，筒形閥開度在90%，4＃機(jī)開始自動走停機(jī)流程。后來現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，4＃機(jī)筒形閥實(shí)際在90%開度停止，16型電液閥關(guān)閉，手動操作也無法開啟筒形閥，遂關(guān)閉筒形閥。經(jīng)檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)，4＃機(jī)筒形閥16型電液閥開啟線圈YV72a燒壞，更換新線圈后正常。

（3）記錄三。某年9月18日 在開3#機(jī)過程中，筒形閥開至96%開度時(shí)，YV72a線圈燒毀，無法全開筒形閥，運(yùn)行人員采用戳小電磁閥（16型液控閥開啟線圈YV72a鐵芯）的方式將筒形閥全開。次日上午3#機(jī)筒形閥下腔壓力已經(jīng)降到1.8MPa，開度100%。9月20日凌晨停機(jī)更換該電磁閥。

（4）記錄四。某年10月6日 運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)5#機(jī)筒形閥控制回路16型電液閥開啟線圈YV72a失電，5#機(jī)筒形閥下腔壓力降到2.0MPa。懷疑為16型電液閥開啟線圈YV72a燒毀。立即布置安全防范措施，切換5#機(jī)筒形閥到手動控制方式，關(guān)閉供、回油閥。經(jīng)檢查，KJ繼電器輔助觸點(diǎn)接觸不好破壞自保持回路，16型液控開啟線圈YV72a失電切斷油路所致。更換KJ繼電器后，在手動方式下按開啟筒形閥按鈕使開啟繼電器KJ帶電并形成自動保持后，線圈YV72a帶電，恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

（5）記錄五。某年10月14日 2#機(jī)筒形閥控制回路16型電液閥線圈YV72a失電，檢查為開啟繼電器KJ故障 （同10月6日故障）。

3.2 筒形閥開啟回路改造建議

為防止漏油使筒形閥下腔壓力下降，開啟筒形閥回路中自保持回路的3ZJ常閉觸點(diǎn)3、9被短接，筒形閥全開后KJ繼電器長期帶電，16型電液閥開啟線圈YV72a長期帶電以保證筒形閥下腔與壓油回路接通，保持4MPa壓力。一旦筒形閥控制電源消失，自保持回路被破壞后，16型三位四通電液閥換向閥將回到中間位置，筒形閥下腔壓力將緩慢下降，如記錄一事件。另一方面，開啟繼電器 （KJ）及16型電液閥開啟線圈YV72a在開機(jī)后長期帶電，發(fā)熱較大，加快元件老化，尤其在機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行后再次開啟容易燒毀該線圈。某年汛末出現(xiàn)三臺機(jī)組筒形閥故障，其中2#、3#機(jī)發(fā)生16型電液閥開啟線圈YV72a燒毀，5#機(jī)出現(xiàn)開啟繼電器KJ故障，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

為預(yù)防該類故障的發(fā)生，本文認(rèn)為可解除筒形閥全開位置繼電器3ZJ在開啟回路中的常開觸點(diǎn)3、9短接線，這樣開啟繼電器KJ及16型電液閥開啟線圈YV72a在筒形閥全開后將停止帶電勵(lì)磁。為防止機(jī)組運(yùn)行中筒形閥下腔壓力降低，可在筒形閥下腔壓力增加壓力開關(guān)，控制16型電液閥的動作。當(dāng)壓力低于低定值 （如2.0MPa）時(shí)16型電液閥開啟繼電器YV72a勵(lì)磁，給筒形閥下腔加壓。待壓力恢復(fù)到高定值（如 3.8MPa）時(shí)停止 16型電液閥開啟線圈YV72a勵(lì)磁，如圖3。

（1）增加筒形閥接力器下腔監(jiān)視回路

當(dāng)筒形閥接力器下腔壓力低于低定值 （如2.0MPa）時(shí)，低壓力開關(guān)接點(diǎn)DYK動作，低壓指示燈 “L”點(diǎn)亮，同時(shí)送信號到監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)筒形閥接力器下腔壓力高于高定值 （如3.8MPa）時(shí)，高壓力開關(guān)接點(diǎn)GYK動作，高壓力指示燈“H”點(diǎn)亮，同時(shí)送信號到監(jiān)控系統(tǒng)。壓力介于2.0至3.8MPa間“H”、 “L”燈均不亮。

（2）改接16型電液閥開啟回路

16型電液閥開啟線圈YV72a即可通過原來的開啟繼電器KJ常開觸點(diǎn)接通，也可通過低壓啟動繼電器觸點(diǎn)DYQ接通。DYQ繼電器啟動回路上接有繼電器1ZJ、DYQ、DYJ常開觸點(diǎn)，繼電器GYJ、TJ常閉觸點(diǎn)。以下分析不同工況下的DYQ回路動作情況：

a）當(dāng)筒形閥全開后，若未收到關(guān)閉令，停機(jī)繼電器TJ常閉觸點(diǎn)保持閉合，90%開度繼電器1ZJ常開觸點(diǎn)閉合。根據(jù)不同壓力可細(xì)分為：①在筒形閥接力器下腔壓力高于低定值時(shí)（如2.0MPa），低壓力開關(guān)DYK觸點(diǎn)不閉合，低壓繼電器DYJ不勵(lì)磁，其常開觸點(diǎn)斷開，低壓啟動DYQ回路不通。②當(dāng)筒形閥接力器下腔壓力低于低定值時(shí)（如2.0MPa），低壓力開關(guān)DYK觸點(diǎn)使低壓繼電器DYJ勵(lì)磁，其常開觸點(diǎn)閉合，低壓啟動繼電器DYQ勵(lì)磁。DYQ一副常開觸點(diǎn)接通16型電液閥開啟線圈YV72a，使接力器下腔接通壓油罐，DYQ另一副常開觸點(diǎn)接通該繼電器自保持回路（由GYJ常閉觸點(diǎn)和DYQ常開觸點(diǎn)組成）保持繼電器勵(lì)磁。③當(dāng)筒形閥接力器下腔壓力恢復(fù)到高定值（如3.8MPa）時(shí)，壓力開關(guān)觸點(diǎn)GYK閉合，GYJ繼電器勵(lì)磁，其常閉觸點(diǎn)斷開，切斷低壓啟動繼電器DYQ自保持回路。16型電液閥開啟線圈YV72a失電，液控閥回復(fù)到中間位置，阻斷油路。

b）關(guān)閉筒形閥時(shí)，停機(jī)繼電器TJ常閉觸點(diǎn)斷開，將出現(xiàn)以下三個(gè)階段： ①當(dāng)筒形閥接力器下腔被接通回油箱，壓力降低到2.0MPa后，低壓繼電器DYJ常開觸點(diǎn)閉合。②筒形閥在100%—90%開度間，90%開度繼電器1ZJ常開觸點(diǎn)閉合。③筒形閥在90%開度—全關(guān)，90%開度繼電器1ZJ常開觸點(diǎn)斷開。

無論怎樣，以上三個(gè)階段因停機(jī)繼電器TJ在關(guān)閉回路中有自保持，在全關(guān)繼電器動作以前一直被勵(lì)磁，它在低壓啟動回路中的常閉接點(diǎn)保持?jǐn)嚅_。所以，關(guān)閉筒形閥過程中低壓啟動繼電器DYQ不會使16型電液閥開啟線圈YV72a帶電。

c）筒形閥全關(guān)后，盡管低壓繼電器DYJ常開觸點(diǎn)閉合，停機(jī)繼電器TJ常閉觸點(diǎn)閉合，但由于90%開度繼電器1ZJ未被勵(lì)磁，低壓啟動繼電器DYQ回路不會接通。

d）開啟筒形閥過程中，在90%開度以前DYQ回路不通，筒形閥在90%～100%開度間，因筒形閥接力器下腔壓力為4.0MPa，低壓繼電器DYJ未勵(lì)磁，DYQ回路不會接通。16型電液閥開啟線圈YV72a僅通過開啟繼電器KJ常閉觸點(diǎn)接通勵(lì)磁。

4 結(jié)論

大朝山水電站筒形閥控制回路在設(shè)計(jì)上存在缺陷，導(dǎo)致筒形閥在開啟過程中多次出現(xiàn)故障。本文分析了歷年來的多次典型故障記錄，提出了簡形閥開啟回路改造的建議。經(jīng)過以上改造，開啟繼電器KJ只有在筒形閥開啟令發(fā)出后到筒形閥全開時(shí)接通，16型電液閥開啟繼電器線圈YV72a在筒形閥全開后斷電，僅在筒形閥接力器下腔壓力低于整定值時(shí)勵(lì)磁帶電，在壓力恢復(fù)正常值后停電。大大減少了開啟回路及16型電液閥開啟線圈YV72a帶電時(shí)間，延長設(shè)備壽命，并且在接力器下腔壓力降低時(shí)向監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警，減小事故發(fā)生機(jī)率。

[1] 北京勘測設(shè)計(jì)研究院.大朝山工程筒形閥控制系統(tǒng)接線圖（BJ49S-R2-1-Y-4-1，BJ49S-R2-1-Y-4-2）.

[2] 東方電機(jī)股份有限公司.大朝山機(jī)組筒形閥控制原理圖（版本號B，設(shè)計(jì)代號3Y588）.