水電廠事故配壓閥閥芯位移引起機(jī)組負(fù)荷調(diào)整失靈的原因分析與對(duì)策

梁治國(guó)

【摘 要】對(duì)一起水電廠公用事故壓油裝置系統(tǒng)檢修期間，事故配壓閥閥芯發(fā)生位移引起機(jī)組負(fù)荷調(diào)整失靈的現(xiàn)象進(jìn)行原因分析和提出對(duì)策，為避免當(dāng)機(jī)組或近區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)事故機(jī)組出口開(kāi)關(guān)跳閘而發(fā)生機(jī)組飛逸事故提供經(jīng)驗(yàn)參考。

【關(guān)鍵詞】負(fù)荷調(diào)整失靈 事故配壓閥 位移 串油

【中圖分類號(hào)】[TM622]【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0425-01

1 電廠概況

廣西融江美亞水電有限公司浮石水電廠位于廣西北部、融江河中游的融安縣浮石鎮(zhèn)，為柳江干流綜合利用梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第6個(gè)梯級(jí)水電站。電站為河床式，機(jī)組為立式轉(zhuǎn)槳軸流水輪發(fā)電機(jī)組，裝設(shè)南寧發(fā)電設(shè)備總廠生產(chǎn)的型號(hào)為ZZ580-LH-630水輪機(jī)和型號(hào)為SF18-80/9300發(fā)電機(jī)。單機(jī)容量18MW，總裝機(jī)容量54MW。調(diào)速器為WBST-150-2.5PCC可編程微機(jī)調(diào)速器，配備SGF-DN150事故配壓閥。2000年4月機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。

2 故障現(xiàn)象描述

2012年12月1日，#1機(jī)組出現(xiàn)負(fù)荷調(diào)整失靈的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為：運(yùn)行值班員在中控室調(diào)節(jié)負(fù)荷，負(fù)荷無(wú)法下降也無(wú)法上升，在調(diào)速器現(xiàn)地電自動(dòng)、電手動(dòng)和純機(jī)械手動(dòng)操作導(dǎo)葉，導(dǎo)葉開(kāi)度均無(wú)變化。同時(shí)觀察到調(diào)節(jié)槳葉正常動(dòng)作，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉時(shí)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作正常，步進(jìn)電機(jī)絲桿動(dòng)作正常，主配動(dòng)作正常，但沒(méi)有聽(tīng)到油的流動(dòng)聲音。當(dāng)時(shí)，事故油壓系統(tǒng)因管路更換閥門退出運(yùn)行，11月22日事故油壓系統(tǒng)已排壓，#1機(jī)組的事故油壓供油閥與回油閥均處于全關(guān)閉狀態(tài)。22日至負(fù)荷調(diào)整失靈故障出現(xiàn)時(shí)機(jī)組已連續(xù)正常運(yùn)行10天時(shí)間。

3 事故配壓閥結(jié)構(gòu)及工作原理

事故配壓閥是一種二位六通型換向閥，用于水電站水輪發(fā)電機(jī)組的過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)中。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)高，集成事故配壓閥接受過(guò)速保護(hù)信號(hào)動(dòng)作，其閥芯在壓力油的作用下?lián)Q向，將來(lái)至調(diào)速器油路切斷，事故油系統(tǒng)中的壓力油直接操作導(dǎo)葉接力器，緊急關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，防止機(jī)組進(jìn)一步過(guò)速，為水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行提供安全可靠的保護(hù)。SGF-DN150事故配壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖一（圖中紅色代表事故壓力油，黃色代表事故回油，橘色代表機(jī)組調(diào)速器壓力油）。

正常情況下，D1腔和D2腔均接通事故壓油油源，D1腔直徑為150mm，D2腔直徑為105mm，由于D1腔的面積大于D2腔的面積。

F=P×S=2.5MPa×π×（D/2）2 （式中，F(xiàn)為推力；P為壓力油壓強(qiáng)；D為直徑）。

FD1/FD2=（150/2）2/（105/2）2=2

因此，D1腔的推力是D2腔推力的2倍，閥芯在差壓的作用下一直處于最右端的極限位置，即“復(fù)歸”位，如上圖所示。接通事故油壓的A2腔、B2腔油口被閥芯堵?。籄1腔與A3腔相通，B1腔與B3腔相通，導(dǎo)葉接力器由來(lái)至調(diào)速器的壓力油控制。

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)高，單元機(jī)組LCU（計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元）將給事故配壓閥“投入電磁閥”動(dòng)作信號(hào)，“投入電磁閥組” 動(dòng)作，D1腔接通排油，閥芯在D2腔壓力油的作用下向左移動(dòng)至極限位置，此時(shí)，接通主配的A1腔、B1 腔油口被閥芯堵住；A2腔與A3腔相通，B2腔與B3腔相通，導(dǎo)葉接力器關(guān)腔接通事故油壓壓力油，開(kāi)腔接通事故油壓回油管，導(dǎo)葉關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)快速停機(jī)。

4 故障處理過(guò)程

4.1 原因分析

根據(jù)現(xiàn)象判斷緣由是事故配壓閥的閥芯發(fā)生位移，處于“動(dòng)作位置”，切斷了主配壓閥與接力器之間的機(jī)組油源。又值事故油壓系統(tǒng)卸壓檢修，致使導(dǎo)葉同時(shí)失去操作油源和事故油源，無(wú)法關(guān)閉和開(kāi)啟。

事故配壓閥芯產(chǎn)生移位分析如下：

事故配壓閥鑄件技術(shù)要求為閥芯公差為φ150 h 6-0.012-0.032，閥套公差為φ150 h 6+0.0250 ，從其配合公差上可知，閥套與閥芯存在一定的配合間隙，加上多年運(yùn)行磨損，各腔之間存在串油應(yīng)是正常的。正常運(yùn)行中事故油源是不參與調(diào)節(jié)，應(yīng)是沒(méi)有消耗的，在歷史的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，事故集油槽的油量存在流失，而機(jī)組壓油裝置的集油槽油位卻有升高的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象說(shuō)明事故配壓閥存在串油（機(jī)組壓油裝置集油槽與事故集油槽之間沒(méi)有其他通路），即事故壓力油通過(guò)閥芯與閥套的間隙滲透到機(jī)組壓油裝置集油槽內(nèi)。（見(jiàn)圖1）

由于串油致使閥芯發(fā)生位移過(guò)程如下 ：B1腔的機(jī)組壓力油通過(guò)閥芯與閥套的間隙向D3腔滲油，雖然D3腔與事故油壓的回油管口A2腔相連，但由于事故油壓的回油管出口閥門是關(guān)閉的，因此D3腔實(shí)際是個(gè)密閉腔。隨著滲漏積累，D3的壓力逐步增大。同時(shí)雖然D1腔是與事故油壓的壓力油管相通，如果事故油壓的壓力油管閥門存在泄漏，D1 腔實(shí)際上與大氣是相通的。滿足了D3腔壓力增大，D1腔泄壓的條件，在D3腔壓力的推動(dòng)下，閥芯向左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程是緩慢的，閥芯在最右端至B1腔油口完全被封堵之間有60mm的行程，在主配開(kāi)啟腔A1和關(guān)閉腔B1的油口完全被堵住之前，調(diào)速器尚可調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，只是調(diào)節(jié)的速率變得緩慢而已。當(dāng)主配開(kāi)啟腔A1和關(guān)閉腔B1的油口完全被堵住之后，調(diào)速器就不能調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷了。

4.2 故障處理

由于機(jī)組處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)，導(dǎo)葉又無(wú)法調(diào)整，此時(shí)如果機(jī)組或近區(qū)電網(wǎng)發(fā)生事故，機(jī)組出口開(kāi)關(guān)跳閘，機(jī)組將發(fā)生飛車事故。因此必須予以高度重視，盡快消除該嚴(yán)重的狀態(tài)。

由于本電廠未設(shè)快速事故閘門，關(guān)進(jìn)水口閘門需要利用壩頂門機(jī)，此過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)工作量大?，F(xiàn)場(chǎng)考慮事故壓油系統(tǒng)檢修已基本完成，只是事故集油槽清掃刷漆后的干燥時(shí)間略短，但已經(jīng)可以注油投入運(yùn)行。因此，采取恢復(fù)事故壓油系統(tǒng)運(yùn)行的辦法消除機(jī)組失控狀態(tài)。具體方法為：

1、恢復(fù)事故壓油控制系統(tǒng)；

2、安排工作人員將事故配壓閥“復(fù)歸電磁閥閥芯”壓下；

3、緩慢打開(kāi)事故油路閥門；

4、事先安排中控室運(yùn)行人員監(jiān)視機(jī)組有功。一旦有功接近零，運(yùn)行值班員直接手動(dòng)操作機(jī)組出口斷路器分閘。

根據(jù)預(yù)想，上述1～3步操作可以使事故配壓閥閥芯回到復(fù)歸位置，機(jī)組恢復(fù)到可控的正常狀態(tài)。實(shí)際過(guò)程出現(xiàn)了導(dǎo)葉關(guān)閉情況，即事故配壓閥未立刻恢復(fù)到復(fù)位位置。由于做好了異常關(guān)機(jī)的預(yù)想和措施（上述第4步），最終保證了機(jī)組正常的停機(jī)。停機(jī)后，對(duì)事故配壓閥進(jìn)行了操作檢驗(yàn)證明工作正常后，機(jī)組立即恢復(fù)了正常運(yùn)行。

5 預(yù)防對(duì)策

在水電廠實(shí)際運(yùn)行中，事故壓油系統(tǒng)技改、維護(hù)在所難免。為了防止出現(xiàn)事故配壓閥閥芯發(fā)生位移導(dǎo)致導(dǎo)葉失控現(xiàn)象，在事故壓油裝置泄壓退出運(yùn)行的情況下，運(yùn)行機(jī)組事故配壓閥的進(jìn)出口閥門應(yīng)保持打開(kāi)狀態(tài)，在自然滲透的情況下事故配壓閥的D1、D2、D3腔均無(wú)法建壓，可以消除因串油引起事故配壓閥閥芯位移的隱患。

參考文獻(xiàn)

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