重錘關(guān)機裝置應(yīng)用中存在的問題及處理分析

計小寧，李元錕，姚福星

（贛江石虎塘航電樞紐管理處，江西 吉安343732）

燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，轉(zhuǎn)動慣量小，水流慣性大，機組甩負(fù)荷時引起的壓力上升和轉(zhuǎn)速上升都偏大，一般甩負(fù)荷后5 s即可上升到最大轉(zhuǎn)速。從目前已建的貫流式電站來看，普遍采用三級保護(hù)關(guān)閉導(dǎo)葉，依次是轉(zhuǎn)速115%且主配拒動緊急停機將主配活塞置于關(guān)機側(cè)關(guān)閉導(dǎo)葉。若緊急停機電磁閥不能正常動作或者主配壓閥閥卡，轉(zhuǎn)速上升至電氣事故停機點（一般設(shè)置為153%），然后由事故停機電磁閥驅(qū)動重錘關(guān)機裝置來關(guān)閉導(dǎo)葉。若事故停機電磁閥故障，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升至機械過速裝置整定值（一般整定為156%），圖拉博動作使液控?fù)Q向閥接通回油驅(qū)動重錘關(guān)機裝置從而關(guān)閉導(dǎo)葉。重錘關(guān)機裝置作為貫流式機組事故狀態(tài)下的最后一道防線，若重錘關(guān)機裝置拒動將直接導(dǎo)致機組發(fā)生飛逸事故，甚至?xí)斐伤蛷S房事件，在機組保護(hù)方面發(fā)揮著極其重要的作用。由于重錘關(guān)機裝置的重要性，因此在一年一度的歲修中重錘關(guān)機裝置的各項試驗是否滿足要求是保證機組安全運行的重要保障。

1 重錘關(guān)機系統(tǒng)組成

重錘關(guān)機控制裝置主要由1個單向閥、2個插裝閥、1個液控單向閥、1個兩位四通電磁換向閥、1個兩位四通手動換向閥、1個集成塊構(gòu)成（見圖1）。

2 調(diào)試過程遇到的幾個典型問題

（1）通過動作事故停機電磁閥，重錘關(guān)機裝置能夠可靠的關(guān)閉導(dǎo)葉，但是對于改變機械過速換向閥的狀態(tài)，重錘關(guān)機裝置未能動作管路也無過油聲音。

（2）調(diào)速系統(tǒng)建壓后，測試各電磁閥動作情況時。發(fā)現(xiàn)無論通過事故電磁閥驅(qū)動重錘關(guān)機裝置動作，還是通過機械過速裝置驅(qū)動重錘關(guān)機裝置，開機側(cè)管路均有明顯振動，重錘關(guān)機裝置殼體有明顯的撞擊聲。

（3）依據(jù)《水輪發(fā)電機組自動化元件（裝置）及其系統(tǒng)基本技術(shù)條件》要求，機械液壓過速保護(hù)裝置在整定轉(zhuǎn)速時，過速飛擺及換向閥應(yīng)能準(zhǔn)確動作，可手動返回，其動作誤差≤3%整定值。過速限制系統(tǒng)應(yīng)能在一級過速（一級過速觸點動作同時調(diào)速器主配壓閥拒動，再經(jīng)延時）及二級過速時，準(zhǔn)確動作，并能根據(jù)要求整定關(guān)閉接力器的時間。現(xiàn)場模擬機械過速動作，從機械過速裝置動作到接力器開始關(guān)閉有10 s以上的延時。

（4）機械過速復(fù)歸后，通過主配壓閥開啟導(dǎo)葉，會出現(xiàn)壓力迅速降低的狀況。

3 原因分析

（1）事故停機電磁閥可以正常驅(qū)動重錘關(guān)機裝置，但機械過速裝置無法驅(qū)動重錘關(guān)機裝置。

事故停機電磁閥動作后，插裝閥①上腔的回油變?yōu)閴毫τ停瑢⒅髋鋲洪y開機側(cè)油路截斷，插裝閥②上腔的壓力油變成回油，接力器開機腔液壓油通過事故配壓閥直接和回油箱接通。但是機械過速動作后，機械液壓脫扣器被離心探測器所觸發(fā)，其行程閥使事故配壓閥動作，一路壓力油通過梭閥將插裝閥①封死，另一路壓力油作用于液控單向閥④，使插裝閥②上腔接通回油。若事故停機電磁閥可以正常驅(qū)動事故配壓閥，但機械過速無法驅(qū)動事故配壓閥。有3個方面的原因：1）機械過速液控閥卡阻，閥芯無法正常動作，油路無法切換。2）液控單向閥卡阻，壓力油無法將其打開，插裝閥不能正常接通回油。3）梭閥卡阻，插裝閥不能截斷主配壓閥開機側(cè)油路。針對以上3個原因：模擬機械過速動作打開液控閥后端蓋，發(fā)現(xiàn)液控閥控制油路為回油時，液控閥閥芯靠彈簧力無法回位。將液控閥解體后，發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)活塞卡阻嚴(yán)重，用金相砂紙將先導(dǎo)活塞打磨后，回裝活塞動作靈活。將液控單向閥解體后，閥芯動作靈活。檢查梭閥，也無卡阻現(xiàn)象。初步判斷此次故障，是由于機械過速液控閥卡阻，造成油路無法正常切換造成的。全部回裝完成后，再次動作試驗事故配壓閥動作正常。

（2）重錘關(guān)機裝置動作時管路有明顯振動。

在調(diào)速系統(tǒng)初次建壓充油后，動作事故配壓閥，發(fā)現(xiàn)開機側(cè)管路有明顯振動，重錘關(guān)機裝置插裝閥和重錘關(guān)機裝置殼體有明顯的撞擊聲。經(jīng)分析事故配壓閥動作后，主配壓閥開機腔油路被插裝閥①切斷，接力器開機腔液壓油通過事故配壓閥直接和回油箱接通。經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，事故配壓閥控制油濾后壓力偏低，插裝閥上腔的壓力油油壓偏低不足以將插裝閥①封死。打開油壓裝置回油箱發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)葉動作時回油箱有較多氣泡，初步判斷接力器開腔有空氣，事故配壓閥動作后回油速度較快壓縮空氣產(chǎn)生了較大的壓力，致使插裝閥反復(fù)動作。通過更換輔控油濾芯，濾前濾后控制油無壓差，多次動作導(dǎo)葉全開全關(guān)排盡導(dǎo)葉接力器管路里的空氣后，再次動作事故配壓閥，管路振動和插裝閥和事故配壓閥殼體撞擊聲消除。

（3）模擬機械過速裝置動作，重錘關(guān)機裝置動作滯后嚴(yán)重。

現(xiàn)場模擬機械過速動作時，從行程閥動作到接力器開始關(guān)閉有12.42 s的時間。若此時機組甩負(fù)荷，主配壓閥卡阻、事故停機電磁閥電源消失，機組轉(zhuǎn)速持續(xù)升高，只能靠機械過速關(guān)閉導(dǎo)葉，但是經(jīng)12.42 s的延時，必然造成機組轉(zhuǎn)速更高甚至達(dá)到飛逸轉(zhuǎn)速，造成嚴(yán)重后果。從重錘關(guān)機裝置的原理分析來看，重錘關(guān)機時主配壓閥若卡在關(guān)機側(cè)，關(guān)機腔接通壓力油加速導(dǎo)葉關(guān)閉。若主配壓閥在中位，接力器的關(guān)機腔由于真空的作用會吸開關(guān)機油路與回油箱間的單向閥而使接力器關(guān)機腔充滿無壓油。若主配壓閥卡在開機側(cè)，接力器關(guān)腔通過主配壓閥和回油箱連通。接力器開機腔的回油必須頂開插裝閥的閥芯后才能進(jìn)入回油箱，才能完成關(guān)機動作。由此可見，重錘的力矩既要克服導(dǎo)水機構(gòu)的摩擦力，又要有一部分余量來打開單向閥和插裝閥的閥芯。若插裝閥的排油回路不暢，定會影響接力器動作的時間。

在第1次測試動作時間時，發(fā)現(xiàn)從機械過速裝置動作到接力器開始關(guān)閉有12.45 s。由于液控?fù)Q向閥是靠活塞推動閥芯動作，活塞一邊是控制油，另一邊是彈簧。當(dāng)控制腔為壓力油時，油壓力大于彈簧力，液控閥處于復(fù)歸狀態(tài)，當(dāng)控制腔為回油時，彈簧力大于油壓力，液控閥處于動作狀態(tài)。由于動作時，主要靠彈簧的彈力來推動閥芯，從增加動力的角度出發(fā)，在彈簧上加裝了一個銅墊。再次測試從機械過速動作到導(dǎo)葉接力器動作還是有9.86 s。之前考慮到機械過速裝置已經(jīng)來回動作過很多次，控制管路里面的空氣應(yīng)該排除干凈了。進(jìn)一步分析動作過程發(fā)現(xiàn)，機械過速裝置復(fù)位后，壓力油進(jìn)入控制油管，由于油管比較長且另一端密閉。當(dāng)機械過速裝置動作后，管內(nèi)壓力油會排出一部分，由于控制油管另一端是密封的，所以管路里面還是有液壓油。因此短時間內(nèi)通過機械過速裝置動作無法將管路內(nèi)的空氣排出。所以，當(dāng)機械過速動作后，雖然彈簧力起作用，但是由于另一側(cè)壓縮空氣存儲的能力不能快速釋放，延緩了閥芯動作。于是，下一步要將控制油管內(nèi)的空氣排掉，首先關(guān)閉輔助控制油源，然后將控制管路拆開用軟管將管路延長至油桶內(nèi)，避免排空氣時液壓油飛濺。做好這些措施后，將機械過速裝置扳動至復(fù)歸位置，緩慢開啟輔助控制油源待有液壓油流出即代表油管內(nèi)空氣排除干凈。接好控制管路，將各閥門恢復(fù)至正常狀態(tài)，再次模擬機械過速動作，從機械過速動作到導(dǎo)葉接力器開始關(guān)閉為1.67 s，滿足要求。

（4）機械過速復(fù)歸后，通過主配壓開啟導(dǎo)葉，會出現(xiàn)壓力迅速降低的狀況。

由于機械過速裝置控制管路較長，液控?fù)Q向閥動作較少活塞有可能存在卡阻的現(xiàn)象，管路首次充油，空氣有可能未排除干凈等原因，機械過速裝置復(fù)位后，液控?fù)Q向閥完全切換到位有一定的時間差。若此時操作導(dǎo)葉主配壓閥向開機側(cè)動作，由于液控?fù)Q向閥⑥未完全到位，此時插裝閥②上腔的壓力油有可能無法將插裝閥②完全封死。這樣導(dǎo)葉主配壓閥開機腔的壓力油經(jīng)過插裝閥②直接回到回油箱。由于插裝閥②是按導(dǎo)葉的第一段關(guān)閉時間來調(diào)整的，因此過油量相當(dāng)大。而且，也不會像正常動作導(dǎo)葉時，當(dāng)導(dǎo)葉開至最大后就不會有回油了。曾經(jīng)在調(diào)試過程中，也發(fā)生過類似的油壓裝置壓力迅速降低現(xiàn)象，由于現(xiàn)場調(diào)試人員經(jīng)驗不足，只想到用最直觀的方法關(guān)閉主供油閥，由于主供油閥選用的是閘閥，全開到全關(guān)時間較長。由于反應(yīng)比較迅速，等到主供油閥全關(guān)時，壓力油罐的油位已經(jīng)很低了，油壓只有4.3 MPa。若關(guān)閉速度再慢點就可能造成壓力油罐內(nèi)的氣體直接泄到回油箱造成液壓油的飛濺。針對這種異常情況，可以通過停止操作導(dǎo)葉主配壓閥來切斷壓力油源，或者手動動作事故停機電磁閥，來迅速將插裝閥②封死，都可以避免油壓裝置內(nèi)空氣通過主供油閥迅速排到回油箱造成事故。

4 小結(jié)

通過分析重錘關(guān)機裝置在調(diào)試過程中遇到的幾個典型問題，不難發(fā)現(xiàn)若遇到異常情況，如果未采取正確的處理方法，可能造成重大的事故。針對機械過速裝置動作后，控制管路空氣排除較困難的問題，筆者認(rèn)為可以在液控?fù)Q向閥管路接頭處增加一個三通，加裝一個排氣閥。在每次管路首次建壓充油后，可以方便的將控制管路內(nèi)空氣排干凈。