黃金坪水電站調(diào)速器事故配壓閥拒動(dòng)分析及處理

麥先春

（四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

黃金坪水電站調(diào)速器事故配壓閥拒動(dòng)分析及處理

麥先春

（四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

黃金坪水電站在調(diào)試及試運(yùn)行期間調(diào)速器事故配壓閥出現(xiàn)嚴(yán)重的拒動(dòng)現(xiàn)象，機(jī)械過(guò)速保護(hù)動(dòng)作后無(wú)法可靠關(guān)閉導(dǎo)水葉，存在機(jī)組飛逸事故風(fēng)險(xiǎn)。本文介紹了該事故配壓閥調(diào)試過(guò)程，拒動(dòng)原因，以及處理過(guò)程和結(jié)果。

黃金坪水電站；調(diào)速器；事故配壓閥；拒動(dòng)；飛逸事故

1 概述

黃金坪水電站位于甘孜藏族自治州康定縣姑咱鎮(zhèn)境內(nèi)，為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦二十二級(jí)方案的第十一級(jí)電站，上游接長(zhǎng)河壩電站，下游接瀘定電站，壩址距成都約340 km。電站總裝機(jī)容量850 MW，其中左岸大廠房安裝有東方電氣集團(tuán)制造的4臺(tái)單機(jī)為200 MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF200-56/13200，其中調(diào)速器采用武漢能事達(dá)MGC4000系列微機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)，事故配壓閥采用西安江河電站技術(shù)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司SFD型事故配壓分段關(guān)閉裝置。黃金坪水電站1號(hào)機(jī)組在調(diào)試及試運(yùn)行期間，在機(jī)械過(guò)速飛擺動(dòng)作時(shí)，事故配壓閥出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象，造成導(dǎo)水葉無(wú)法關(guān)閉，經(jīng)過(guò)對(duì)事故配壓閥本體和液壓回路進(jìn)行分析處理，本體電磁閥進(jìn)行換型，消除了該設(shè)備缺陷，取得了良好效果。

2 事故配壓閥原理

SFD事故配壓分段關(guān)閉裝置是將事故配壓閥和分段關(guān)閉閥集成于一體，用于水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器中，防止機(jī)組過(guò)速和水錘，為水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行提供安全保護(hù)。

圖1所示，發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，管3通過(guò)事故配電磁閥接壓油管，閥芯2在差壓作用下處于上位；閥芯4也在兩段關(guān)閉閥的分段關(guān)閉電磁閥5產(chǎn)生差壓作用下位于上位，此時(shí)，P腔和O腔被切斷，調(diào)速器主配壓閥的開(kāi)啟和關(guān)閉腔與接力器的開(kāi)啟腔和關(guān)閉腔相通，即D腔與C腔通，B腔與A腔通，導(dǎo)葉受調(diào)速器主配壓閥控制。當(dāng)調(diào)速器發(fā)生嚴(yán)重故障致使機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)高，調(diào)速器無(wú)法通過(guò)主配壓閥關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)，管3前端的事故配電磁閥接受過(guò)速保護(hù)信號(hào)動(dòng)作，電磁閥換向，將壓力油切斷，管3接回油，SFD閥芯2在差壓作用下向下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換向。此時(shí)，調(diào)速器的主油路被切斷，P腔與A腔通，O腔與C腔通，系統(tǒng)壓力油直接與接力器的關(guān)閉腔接通，開(kāi)啟腔接回油，導(dǎo)葉直接受事故配壓閥控制并立即關(guān)閉，避免機(jī)組發(fā)生飛逸事故。

圖1 SFD型事故配壓分段關(guān)閉裝置

3 事故配壓閥拒動(dòng)現(xiàn)象

黃金坪水電站左岸大廠房1號(hào)機(jī)組在啟動(dòng)調(diào)試期間，調(diào)速器事故配壓閥在模擬機(jī)械過(guò)速和機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)時(shí)，都存在拒動(dòng)現(xiàn)象，初步分析原因?yàn)槭鹿逝潆姶砰y可能卡阻。在更換了同型號(hào)的事故配電磁閥后，事故配壓閥拒動(dòng)情況依然存在。手動(dòng)操作導(dǎo)葉至指定開(kāi)度，然后通過(guò)模擬機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作或事故配電磁閥動(dòng)作，觀察事故配壓閥動(dòng)作情況，先后進(jìn)行了6次模擬試驗(yàn)：

（1）第1、2次模擬試驗(yàn)（兩個(gè)閥聯(lián)合動(dòng)作工況）：導(dǎo)葉開(kāi)度70%，手動(dòng)模擬機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作，一方面機(jī)械過(guò)速液壓閥通過(guò)液壓油路直接動(dòng)作事故配壓閥，另一方面機(jī)組LCU接收到過(guò)速信號(hào)后會(huì)啟動(dòng)緊急停機(jī)流程向事故配電磁閥發(fā)動(dòng)作令；發(fā)現(xiàn)事故配壓閥先動(dòng)作了約5 mm后停止，經(jīng)過(guò)2.5s延時(shí)繼續(xù)動(dòng)作，10 s后事故配壓閥動(dòng)作完成，整個(gè)動(dòng)作時(shí)間緩慢，遠(yuǎn)超正常速度；

（2）第3次模擬試驗(yàn)（機(jī)械過(guò)速液壓閥單獨(dú)動(dòng)作工況）：將事故配電磁閥接線撥出使其保持復(fù)歸狀態(tài)，將導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)至70%，直接手動(dòng)模擬機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作，機(jī)械過(guò)速液壓閥通過(guò)液壓油路直接動(dòng)作事故配壓閥，事故配壓閥能夠正確動(dòng)作，導(dǎo)葉全閉；

（3）第4次模擬試驗(yàn)（兩個(gè)閥聯(lián)合動(dòng)作工況）：導(dǎo)葉開(kāi)度70%，事故配電磁閥接線恢復(fù)，手動(dòng)模擬機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作，事故配壓閥先動(dòng)作5 mm后停止動(dòng)作，導(dǎo)葉未關(guān)閉；

（4）第5次模擬試驗(yàn)（事故配電磁閥單獨(dú)動(dòng)作工況）：導(dǎo)葉開(kāi)度70%，在機(jī)組LCU直接操作事故停機(jī)按鈕，事故配電磁閥單獨(dú)動(dòng)作，事故配壓閥正確動(dòng)作，導(dǎo)葉全閉；

（5）第6次模擬試驗(yàn)（手動(dòng)模擬兩個(gè)閥聯(lián)合動(dòng)作工況）：將導(dǎo)葉開(kāi)至70%，將事故配電磁閥接線撥出，手動(dòng)模擬機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作后，觀察事故配壓閥開(kāi)始動(dòng)作后，再純手動(dòng)啟動(dòng)事故配電磁閥，此時(shí)事故配壓閥的動(dòng)作約10 mm后停止，故障依舊，并由此排除電氣回路原因。

4 拒動(dòng)原因分析

4.1 事故配電磁閥原理

事故配電磁閥現(xiàn)場(chǎng)型號(hào)為4WEH16HD72/OF 6EG220N9ETK4/B10，該閥為“電液內(nèi)控先導(dǎo)控制兩位四通換向閥”，分兩個(gè)閥體組成，上部為一級(jí)先導(dǎo)閥，下部為主閥體。圖2為該型換向閥的內(nèi)部液壓原理圖和剖面圖，采用內(nèi)部先導(dǎo)供油、內(nèi)部先導(dǎo)泄油形式，一級(jí)先導(dǎo)閥的供油口和泄油口通過(guò)主閥體內(nèi)部連接，所以X口和Y口沒(méi)有外部接口；整個(gè)閥體對(duì)外只有4個(gè)油口（T、P、A、B），其中T口必須接泄油管路，P口必須接控制油管路才能保證換向閥正常動(dòng)作。

圖2 事故配電磁閥液壓原理和剖面圖

4.2 4種工況下事故配壓閥動(dòng)作情況

（1）正常運(yùn)行工況：圖3所示，機(jī)械過(guò)速液壓閥和事故配電磁閥都處于復(fù)歸狀態(tài)。控制油經(jīng)機(jī)械過(guò)速液壓閥、事故配電磁閥至事故配壓主閥2腔，由于2腔與1腔同時(shí)通控制油，2腔面積大于1腔，事故配壓閥主閥芯往左側(cè)滑動(dòng)，事故配壓閥呈復(fù)歸狀態(tài)，C腔與D腔相通，A腔與B腔相通，接力器受調(diào)速器主配壓閥控制，機(jī)組可正常運(yùn)行；

圖3 調(diào)速器液壓原理簡(jiǎn)圖

（2）機(jī)械過(guò)速單獨(dú)動(dòng)作工況：模擬機(jī)械過(guò)速裝置，液壓閥動(dòng)作換向，事故配電磁閥復(fù)歸狀態(tài)?？刂朴驮跈C(jī)械過(guò)速液壓閥內(nèi)部經(jīng)盲孔堵死，1號(hào)至2號(hào)控制油管的液壓油經(jīng)機(jī)械過(guò)速液壓閥泄至回油，事故配壓主閥2腔無(wú)壓，事故配壓閥主閥芯往右側(cè)滑動(dòng)，事故配壓閥呈動(dòng)作狀態(tài)，C腔與回油O相通，A腔與壓力油P相通，接力器直接受事故配壓閥控制，導(dǎo)葉快速關(guān)閉；

（3）事故配電磁閥單獨(dú)動(dòng)作工況：液壓閥復(fù)歸狀態(tài)，事故配電磁閥動(dòng)作換向。1號(hào)控制油管內(nèi)控制油在事故配電磁閥內(nèi)部經(jīng)盲孔堵死，2號(hào)控制油管的液壓油經(jīng)事故配電磁閥泄至回油，事故配壓主閥2腔無(wú)壓，事故配壓閥主閥芯往右側(cè)滑動(dòng)，事故配壓閥呈動(dòng)作狀態(tài)，C腔與回油O相通，A腔與壓力油P相通，接力器直接受事故配壓閥控制，導(dǎo)葉快速關(guān)閉；

（4）聯(lián)合動(dòng)作工況：模擬機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作，液壓閥動(dòng)作換向，控制油在機(jī)械過(guò)速液壓閥內(nèi)部經(jīng)盲孔堵死，1號(hào)控制油管的液壓油經(jīng)機(jī)械過(guò)速液壓閥泄至回油；同時(shí)機(jī)械過(guò)速信號(hào)送至機(jī)組LCU啟動(dòng)緊急停機(jī)流程，發(fā)事故配壓閥啟動(dòng)令，事故配電磁閥得電動(dòng)作換向，但此時(shí)由于1號(hào)控制油管油壓已泄，事故配電磁閥一級(jí)先導(dǎo)閥P口無(wú)控制油或控制油壓低而失去操作油源，閥芯不能可靠到位導(dǎo)致?lián)Q向失敗，2號(hào)控制油管油壓被封死或泄壓緩慢，事故配壓主閥不能正常動(dòng)作，導(dǎo)水葉無(wú)法關(guān)閉或關(guān)閉緩慢。

5 處理措施

此缺陷是由于事故配電磁閥設(shè)計(jì)不合理，在機(jī)械過(guò)速保護(hù)動(dòng)作后，液壓閥和電磁閥動(dòng)作時(shí)間存在固有時(shí)差，機(jī)械過(guò)速液壓閥先將控制油源泄至回油，一級(jí)先導(dǎo)閥失去操作油源，閥芯不能到位導(dǎo)致的。經(jīng)分析，在不改變主要油路情況下，有以下2種解決措施：

（1）將電磁閥換型為“外部先導(dǎo)供油、外部先導(dǎo)泄油”換向閥，增加先導(dǎo)閥專用控制油管和回油管，將一級(jí)先導(dǎo)閥操作油源獨(dú)立，避免機(jī)械過(guò)速液壓閥動(dòng)作后先導(dǎo)閥控制油源消失；

（2）不改變?nèi)魏瓮獠坑吐罚瑢㈦姶砰y換型為帶彈簧偏置的兩位四通換向閥，一級(jí)先導(dǎo)閥操作油源消失后，主閥芯仍能通過(guò)彈簧偏置滑動(dòng)，從而不依靠控制油源使事故配壓閥可靠動(dòng)作。

考慮到調(diào)試工期和簡(jiǎn)化液壓油路實(shí)際因數(shù)，最終采用了將電磁閥換型為帶彈簧偏置的換向閥的處理方法，經(jīng)4種工況下驗(yàn)證，事故配壓閥均能可靠動(dòng)作。

6 結(jié)束語(yǔ)

作為機(jī)組事故狀態(tài)下最后一道防線，事故配壓閥拒動(dòng)將直接導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生飛逸事故，甚至?xí)斐伤蛷S房事件，在機(jī)組保護(hù)方面發(fā)揮著極其重要的作用！黃金坪水電站調(diào)速器事故配壓閥經(jīng)過(guò)消缺處理，消除了該閥拒動(dòng)這一重大隱患，取得了良好效果。希望本文對(duì)其他水電站同型事故配壓閥或類似液壓回路的缺陷處理有一定的參考和借鑒意義。

［1］西安江河電站技術(shù)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司.SFD型事故配壓分段關(guān)閉裝置說(shuō)明書［Z］.

［2］博世力士樂(lè)液壓（中國(guó)）有限公司.4WEH換向閥說(shuō)明書［Z］.

［3］蔡燕生，王劍鋒，孟憲影.現(xiàn)代水輪機(jī)調(diào)速器及其調(diào)整與試驗(yàn)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

［4］張利平.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與使用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［5］東北電網(wǎng)有限公司.水輪機(jī)調(diào)速器檢修［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

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1672-5387（2016）07-0061-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.020

2016-02-15

麥先春（1982-），男，技師，從事水輪發(fā)電機(jī)組的維護(hù)與檢修工作。