抽水蓄能機組導葉異常關(guān)閉原因分析及防范措施

盧 彬，李甲駿，朱海峰，谷振富，陳 波

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

抽水蓄能機組導葉異常關(guān)閉原因分析及防范措施

盧 彬，李甲駿，朱海峰，谷振富，陳 波

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

介紹了一次典型的因電液轉(zhuǎn)換器漏油管堵塞造成的導葉異常關(guān)閉故障，最終造成機組逆功率動作，機組電氣跳機事故。詳細分析了導致跳機的原因及處理方法，并且通過對比歷史曲線圖，分析了本次異常電氣跳機的具體原因，為電站在以后的運行和設(shè)備維護方面提供了借鑒。

電液轉(zhuǎn)換器；線圈；漏油口；滲油

張河灣抽水蓄能電站是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，共安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機組，機組單機容量250MW，總裝機容量為1 000 MW。以一回500 kV線路接入河北南部電網(wǎng)，承擔系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。我廠調(diào)速器系統(tǒng)生產(chǎn)廠家為ALSTOM，型號為NEYRPIC 1500，分主用箱1500N和備用箱1500S，采用PID的調(diào)節(jié)規(guī)律，兩套微機調(diào)節(jié)器NEYRPIC 1500互為熱備用，在運行中一套發(fā)生故障另一套可自動投入。電液轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)廠家為ALSTOM，型號為TR10，閥芯直徑10 mm。

1 故障情況概述

2015年12月07日，故障發(fā)生前張河灣電站2號機帶150 MW發(fā)電運行，18：53，2號機組帶150 MW負荷發(fā)電運行時,導葉自動關(guān)閉導致機組逆功率保護動作電氣跳機，之后機組順利達停機穩(wěn)態(tài)。

監(jiān)控系統(tǒng)報警信息：

18:53:21 U02-JD03-GU200-AI05 Field voltage norm-》LIML

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI01 shut down-A N-TRP-＞TRIPPED

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI03 Comm.Elec. Equip.Trip-A N-TRP-＞TRIPPED

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI03 Comm.Elec. Equip.Trip-B N-TRP-＞TRIPPED

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI01 shut down -B N-TRP-＞TRIPPED

現(xiàn)地保護A、B盤保護燈點亮，并出現(xiàn)報警信息：32G-A Reverse Pwr.Prot.TRIP，32G-B Reverse Pwr.Prot.TRIP

勵磁系統(tǒng)報警信息：FCB external off。

2 故障原因分析

2.1 機組保護系統(tǒng)誤動作

對保護現(xiàn)地盤柜進行檢查，發(fā)現(xiàn)2號機組保護A盤、B盤F11F21裝置上機組逆功率保護動作燈點亮，跳閘指示燈點亮。

查看CVS上歷史記錄發(fā)現(xiàn)，機組導葉在沒有任何征兆的情況下關(guān)閉，機組逆功率保護動作，機組電氣跳機。我廠逆功率保護動作值為-10MW，延時5s，跳機時機組出力-50 MW左右，符合保護動作條件。對保護裝置內(nèi)逆功率保護動作時錄波及報文進行讀取分析，判斷逆功率保護動作為正確動作，保護裝置不存在問題。

根據(jù)故障現(xiàn)象及歷史記錄分析，初步判斷導葉異常關(guān)閉是導致此次機組電氣跳機的直接原因。

2.2 控制回路故障，誤發(fā)關(guān)導葉命令

現(xiàn)地啟動OPU系統(tǒng)，進行現(xiàn)地開關(guān)導葉試驗，調(diào)速器主用箱導葉開啟未響應(yīng)，切調(diào)速器備用箱開啟導葉亦未響應(yīng)。對導葉關(guān)閉回路進行梳理（如圖1）。

圖1

圖1中，R0-T繼電器為調(diào)速器水輪機方式開機命令繼電器；R0-P繼電器為調(diào)速器水泵方式開機命令繼電器；R0-0繼電器為調(diào)速器關(guān)機命令繼電器。

當機組啟機時，脈沖令到達J3:39/40接點，使得R0-P繼電器勵磁，進而使得R0-P繼電器輔助接點31/34導通，R0-P繼電器得以自保持，導葉開啟。但當機組在運行過程中，如果發(fā)生R0-0繼電器常閉接點21/22直阻上升的問題時，會導致R0-P繼電器失磁，導葉開啟命令無法自保持，導葉關(guān)閉。

檢查電調(diào)柜內(nèi)導葉關(guān)閉繼電器R0-0，外觀未見異常。使用繼電保護測試儀對繼電器R0-0進行測試，線圈直阻：339.5 kΩ，動作電壓：33 V，返回電壓：16 V。測試結(jié)果見表1。

表1

根據(jù)上述測試數(shù)據(jù)可以確認，繼電器R0-0節(jié)點直阻均正常。隨后對電調(diào)柜至電液轉(zhuǎn)換器控制回路進行檢查，分別模擬機組發(fā)電工況、抽水工況導葉開啟令，測得電液轉(zhuǎn)換器插頭電壓為17.23 V，從而排除控制回路故障。

2.3 機械回路故障，調(diào)速器開度無法保持，導葉關(guān)閉

對水車室內(nèi)導葉接力器及控制環(huán)部件進行檢查，未發(fā)現(xiàn)接力器大量漏油或異物卡塞，控制環(huán)等轉(zhuǎn)動部件檢查也未發(fā)現(xiàn)異常。

分析導葉動作的液壓回路發(fā)現(xiàn)，故障原因主要集中在緊急停機電磁閥、電液轉(zhuǎn)換器和主配壓閥三個部件上。通過對電磁閥勵磁發(fā)現(xiàn)，緊急停機電磁閥可正常勵磁。主配壓閥檢查發(fā)現(xiàn)閥芯并未異常移位，定位螺栓緊固，未見其他異常現(xiàn)象。電液轉(zhuǎn)換器AD110本體檢查發(fā)現(xiàn)有少量滲油，電液轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻進行測試，阻值為24Ω，電液轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻額定值為26Ω。

我廠2號機組2014年04月15日03∶13同樣發(fā)生過導葉異常關(guān)閉事故，當時故障排查過程中，可以手動對導葉進行開啟、關(guān)閉操作，后經(jīng)檢查為控制回路繼電器故障，而本次事故中，無法現(xiàn)地對導葉進行控制，且繼電器的檢查沒有發(fā)現(xiàn)異常，經(jīng)綜合判斷，故障疑點主要集中在電液轉(zhuǎn)換器上，因電站技術(shù)能力有限，無法直接認定，可通過更換電液轉(zhuǎn)換器達到確認和排除故障的目的。

3 故障處理

決定更換電液轉(zhuǎn)換器后，電站立刻辦理工作票和操作票，對管路進行隔離，對壓力源進行泄壓，因緊急停機電磁閥與電液轉(zhuǎn)換器現(xiàn)地布置十分緊湊，將二者一并更換，更換完畢后重新建壓，并進行手動開啟、關(guān)閉導葉試驗。

建壓至0.7倍工作壓力時，手動開啟、關(guān)閉導葉，導葉已經(jīng)可以動作，建壓至正常工作壓力再次試驗，主配壓閥動作正常，導葉動作正常。在電調(diào)柜上進行導葉的自動開啟、關(guān)閉試驗并進行錄波，波形與2號機日常定檢后靜態(tài)試驗的情況進行比對，曲線的斜率相比較十分接近，且曲線本身沒有異常的抖動或變化，導葉全開時間30.6 s，全關(guān)時間28.3 s，與調(diào)速器靜態(tài)參數(shù)吻合。為排除電液轉(zhuǎn)換器存在緩慢故障而存在近階段曲線類似的可能，查找2號機安裝期間調(diào)試的曲線進行比對，二者亦相差無幾。

靜態(tài)試驗完畢后，電站進行2號機空載運行驗證，導葉開啟、關(guān)閉正常。12月8日11：14，2號機發(fā)電并網(wǎng)，出力150 MW，導葉開啟正常，現(xiàn)地檢查無異常。12月8日13∶32，2號機停機解列，導葉關(guān)閉正常，現(xiàn)地檢查無異常。綜合各方面因素分析，可以認定導葉突然關(guān)閉的原因集中在電液轉(zhuǎn)換器上。

4 電液轉(zhuǎn)換器故障原因分析

2號機導葉異常關(guān)閉故障處理最終認定導葉異常關(guān)閉的原因集中在電液轉(zhuǎn)換器上，因此我廠立即聯(lián)系廠家，對故障電液轉(zhuǎn)換器進行檢測，用穩(wěn)壓器對電液轉(zhuǎn)換器加0～20 V電壓，用百分表測量閥芯移動位移情況，電液閥芯上下移動正常，平衡電壓穩(wěn)定在2.7～2.8 V，動作正常。調(diào)換航空插頭正負極，再次試驗，動作正常。因此初步判斷電液轉(zhuǎn)換器動作正常。

對電液轉(zhuǎn)換器進行解體檢查，將永久磁鐵與線圈分離后，發(fā)現(xiàn)線圈上沾滿油跡，清理油跡后回裝，在油壓控制集油箱試驗平臺上對電液轉(zhuǎn)換器進行現(xiàn)場測試，全關(guān)全開接力器無異常，電液轉(zhuǎn)換器動作正常，現(xiàn)場測量電液平衡電壓為2.7～2.8 V，正常。因此判斷為電液線圈進油，導致電調(diào)柜送至電液轉(zhuǎn)換器的信號無法正確執(zhí)行。

線圈進油原因為，電液轉(zhuǎn)換器漏油孔及漏油孔管路流通不暢或者堵塞，都會導致電液線圈進油（圖2、3）。雖然電液閥芯與軸套間縫隙很小，但不可避免的電液轉(zhuǎn)換器底部的壓力油（環(huán)噴口的油/P口的油）順著閥芯向上走，這些油排不出去，油充滿至浸沒線圈，最終導致電液線圈浸泡在壓力油中，線圈接到電調(diào)的電壓信號后，在壓力油的干擾下，無法正常移動，導致電液閥芯無法移動。電液轉(zhuǎn)換器平衡電壓為2.7 V，具有自關(guān)閉趨勢，當電液轉(zhuǎn)換器無法正常工作時，即收不到電調(diào)的電壓信號，電液轉(zhuǎn)換器失控，可以理解為電液轉(zhuǎn)換器收到的電壓信號為0V，電液轉(zhuǎn)換器的自關(guān)閉趨勢給主配關(guān)閉導葉的信號，最終導致導葉關(guān)閉，機組逆功率保護動作，機組電氣跳機。

圖2

圖3

電液線圈內(nèi)透平油清理完畢后，試驗顯示主配位置響應(yīng)正常。正常狀態(tài)下，不管是發(fā)電還是抽水，漏油口的油量都是非常小的，線圈進油使漏油管路堵塞，油量長時間累積，電液線圈腔體內(nèi)的油位不斷上升，最后浸沒線圈，導致電液轉(zhuǎn)換器失控，在電液轉(zhuǎn)換器自關(guān)閉趨勢下，導葉異常關(guān)閉。后期需要利用機組檢修，疏通管路，管路出口最好不要浸泡在集油箱中，也可以在排油管路上打孔，以避免油路流通不暢。

5 防范措施

這是一次典型的因電液轉(zhuǎn)換器漏油口堵塞而造成的電氣跳機事故。為防止類似事故發(fā)生，采取了以下防范措施：

（1）認真分析了此次事故的原因，并舉一反三，認真檢查其他機組的電液轉(zhuǎn)換器，確保相同的錯誤不再發(fā)生。

（2）巡檢時檢查電液轉(zhuǎn)換器表面是否存在油跡及滲油現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)存在此類現(xiàn)象，利用定檢對該電液轉(zhuǎn)換器進行檢查處理，防止此類事件再次發(fā)生。

（3）利用機組定檢或檢修退備機會查看集油箱內(nèi)漏油口及管路是否暢通。我廠已具有技術(shù)力量對電液轉(zhuǎn)換器進行拆卸檢查并檢測回裝。下一步，我廠將加強電液轉(zhuǎn)換器的維護和保養(yǎng)，加強巡視，及時發(fā)現(xiàn)故障前出現(xiàn)的征兆，為設(shè)備提供有效的維保和檢測。

6 結(jié)束語

調(diào)速器機械液壓部分油管路眾多，容易發(fā)生跑冒滴漏，并且壓力油危險性大。電液轉(zhuǎn)換器作為調(diào)速器至現(xiàn)地執(zhí)行單元的橋梁，完成了電壓信號到液壓信號的轉(zhuǎn)化，是關(guān)鍵性設(shè)備。我們巡檢中發(fā)現(xiàn)漏油、滲油現(xiàn)象，不必急于擦拭油跡。應(yīng)透過現(xiàn)象看本質(zhì)，認真查看設(shè)備機構(gòu)圖，分析發(fā)生漏油、滲油原因，從而找到真正病因，對癥下藥，保證設(shè)備的良好運行狀態(tài)。另一方面應(yīng)做好巡視電液轉(zhuǎn)換器設(shè)備的臺賬，檢測記錄，提前發(fā)現(xiàn)故障征兆，排除隱患，保證機組的正常運行。

[1]梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2]劉大愷.水輪機[M].3版.北京：中國水利水電出版社，1997.

TV743

B

1672-5387（2016）12-0044-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.016

2016-08-29

盧 彬（1988-），男，助理工程師，從事水電站運行與維護工作。