天荒坪電站球閥位置開關(guān)的改進(jìn)

張書友，曾 輝

（天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司，浙江 安吉 313302）

天荒坪抽水蓄能電站是一座高水頭、高水位變幅、高轉(zhuǎn)速的日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，機(jī)組有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、停機(jī)等5種工況，在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰調(diào)谷、事故備用等任務(wù)。

全廠6臺(tái)機(jī)組的進(jìn)水閥為橫軸雙面密封球閥，采用油壓操作，通徑為2 m。球閥安裝在壓力鋼管和水泵水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口段之間，起著機(jī)組正常停機(jī)和事故切斷水流的作用。整個(gè)球閥系統(tǒng)由挪威KVAERNER公司供貨，主要有球閥本體部分、球閥電氣控制部分、球閥油壓部分組成。天荒坪電站首臺(tái)機(jī)組于1998年9月投運(yùn)，在經(jīng)過數(shù)年運(yùn)行以后球閥位置開關(guān)故障導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)異常次數(shù)明顯上升，需對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析并采取措施加以改進(jìn)。

1 2種球閥位置開關(guān)工作原理

1.1 球閥機(jī)械壓緊式開關(guān)工作原理

機(jī)械壓緊式開關(guān)一般安裝在預(yù)定的位置，當(dāng)與機(jī)械連動(dòng)的部件觸動(dòng)行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。機(jī)械壓緊式開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，當(dāng)被控機(jī)械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時(shí)，撞桿轉(zhuǎn)向右邊，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，頂下推桿，使微動(dòng)開關(guān)中的觸點(diǎn)迅速動(dòng)作。當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械返回時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，各部分動(dòng)作部件復(fù)位。

機(jī)械壓緊式開關(guān)原理簡(jiǎn)單，主要有以下缺點(diǎn)：

圖1 滾輪式行程開關(guān)

（1）需要接觸行程開關(guān)連桿，然后有機(jī)械式行程動(dòng)作，若此步有問題，會(huì)影響到電氣觸點(diǎn)通斷，直接關(guān)系電路動(dòng)作與否。

（2）通過機(jī)械接觸轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，易受電氣內(nèi)接點(diǎn)位置影響。

（3）電氣內(nèi)觸點(diǎn)容易受機(jī)械點(diǎn)接觸壓力大小影響，易發(fā)生變形。

（4）電氣內(nèi)觸點(diǎn)容易氧化，接觸不良。

由于球閥的位置開關(guān)使用的是機(jī)械壓緊開關(guān)，其固有的缺陷導(dǎo)致多次出現(xiàn)故障，從而影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 球閥接近式開關(guān)工作原理

接近開關(guān)大多由一個(gè)高頻振蕩器和一個(gè)整形放大器組成，圖2為接近開關(guān)工作原理圖。振蕩器振蕩后，在開關(guān)的感應(yīng)面上產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近感應(yīng)面時(shí)，金屬體產(chǎn)生渦流，吸收了振蕩器的能量，使振蕩器減弱以致停振。振蕩與停振是2種不同的狀態(tài)，由整形放大器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號(hào)，從而達(dá)到檢測(cè)位置的目的。

圖2 接近式開關(guān)工作原理

接近式開關(guān)可無(wú)接觸、無(wú)壓力地發(fā)出檢測(cè)信號(hào)，具有靈敏度高、頻率響應(yīng)快、重復(fù)定位精度高、工作穩(wěn)定可靠、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中已獲得廣泛應(yīng)用。

接近式開關(guān)的特點(diǎn)：

（1）非接觸檢測(cè)，避免了對(duì)傳感器自身和目標(biāo)物的損壞。

（2）無(wú)觸點(diǎn)輸出，操作壽命長(zhǎng)。

（3）即使在有水或油噴濺的惡劣環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測(cè)。

（4）反應(yīng)速度快。

（5）小型感測(cè)頭，安裝靈活。

2 球閥位置開關(guān)運(yùn)行故障分析與處理

2.1 球閥機(jī)械壓緊式開關(guān)故障原因

球閥工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)球閥工作密封下游螺栓和球閥樞軸u型密封漏水、球閥工作旁通閥的排污孔滲水；檢修旁通閥在關(guān)閉狀態(tài)下漏水；工作旁通閥漏水等情況，導(dǎo)致球閥機(jī)械壓緊式開關(guān)工作環(huán)境很潮濕，造成球閥機(jī)械壓緊式開關(guān)內(nèi)接點(diǎn)銹蝕短路、線路直流接地等故障。

機(jī)械壓緊式開關(guān)是接觸開關(guān)，長(zhǎng)期處于受壓縮狀態(tài)，這樣容易造成彈簧轉(zhuǎn)臂故障。若撞塊移動(dòng)速度太慢，則觸點(diǎn)就不能瞬時(shí)切斷電路，使電弧在觸點(diǎn)上停留時(shí)間過長(zhǎng)，觸點(diǎn)易燒蝕。

2.2 更換開關(guān)

將球閥的位置開關(guān)由機(jī)械壓緊式位置開關(guān)全部更換成接近感應(yīng)位置開關(guān)。為解決球閥樞軸漏水的問題，將U型改成V型結(jié)構(gòu)，逐步更換成新V型結(jié)構(gòu)的密封。另外還逐步將銹蝕的樞軸密封槽更換成不銹鋼結(jié)構(gòu)，這樣解決了位置開關(guān)工作環(huán)境較潮濕的問題。球閥位置開關(guān)經(jīng)改進(jìn)后，運(yùn)行穩(wěn)定性有很大提高，經(jīng)過了發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等工況運(yùn)行，球閥位置開關(guān)工作正常，球閥位置開關(guān)達(dá)到了原技術(shù)要求。

將有類似問題的工作密封位置開關(guān)更換成接近式開關(guān)后，仍存在一些故障。主要原因是由于上下游壓力差變化，密封投入后有細(xì)微的變化（位置開關(guān)感應(yīng)距離變化），加上機(jī)組在停機(jī)時(shí)振動(dòng)較大導(dǎo)致傳動(dòng)桿位置超出開關(guān)感應(yīng)的距離。后改變開關(guān)與傳動(dòng)桿的感應(yīng)方式，開關(guān)放置由原來在傳動(dòng)方向?qū)?cè)改為旁側(cè)，但是效果不是很好，這是由于使用初期因檢修過程中尾水管排水導(dǎo)致球閥前后壓差出現(xiàn)一定變化，相應(yīng)密封投退也出現(xiàn)一定的位置變化，由此反映為位置開關(guān)感應(yīng)距離的變化，加上機(jī)組在停機(jī)時(shí)振動(dòng)較大導(dǎo)致傳動(dòng)桿位置超出開關(guān)感應(yīng)的距離。后將位置開關(guān)由原來正向放置改為側(cè)向放置，同時(shí)在傳動(dòng)桿上增加了感應(yīng)塊以適當(dāng)增加感應(yīng)范圍，解決了上述問題。

3 結(jié)語(yǔ)

球閥是抽水蓄能機(jī)組中的重要設(shè)備，在選擇球閥位置開關(guān)時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，并能滿足現(xiàn)場(chǎng)工況需要。若位置開關(guān)防潮性能不足，則容易造成經(jīng)常性直流接地。若安裝距離太近，則容易造成位置開關(guān)電磁相互干擾。

天荒坪抽水蓄能電站球閥位置開關(guān)經(jīng)過多次改進(jìn)，達(dá)到了有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，提高了機(jī)組的啟動(dòng)成功率、運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性和可用率，降低了設(shè)備故障率，為天荒坪抽水蓄能電站生產(chǎn)目標(biāo)的完成提供了可靠的保障。

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