水力發(fā)電機組分段關(guān)閉裝置故障分析及解決方案

張華峰

摘要：文中所述電站裝有四臺軸流轉(zhuǎn)槳型式水輪發(fā)電機，是一座以發(fā)電為主，調(diào)峰調(diào)谷的水電站。考慮到電站調(diào)峰調(diào)頻，出力變化比較頻繁，為減小水錘對機組的不利影響，設(shè)置了機組導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置。下面簡要分析一下分段關(guān)閉裝置中節(jié)流閥的故障及解決方法。

關(guān)鍵詞：分段關(guān)閉裝置;節(jié)流閥;針塞

一、概述

該電站自1985年投產(chǎn)以來，一直使用JDST-150型調(diào)速器進行調(diào)節(jié)，由于調(diào)速器年代久遠，調(diào)節(jié)精度差，調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置經(jīng)常性發(fā)生故障，主要表象為一段關(guān)閉時間經(jīng)常變化、分段關(guān)閉裝置不投入。

二、出現(xiàn)的問題

該電站水輪發(fā)電機組正常運行，由于晚上處于用電低谷，接到調(diào)度命令后，機組正常甩負荷，其余幾臺機組甩負荷后，機組轉(zhuǎn)速在調(diào)速器的作用下逐步恢復(fù)額定轉(zhuǎn)速，二號機組轉(zhuǎn)速卻迅速上升不見回落。最終事故配壓閥動作，事故停機。事后從錄像中觀察發(fā)現(xiàn)二號機在整個機組甩負荷過程中，調(diào)速環(huán)有相應(yīng)動作，但是動作非常緩慢。

三、分段關(guān)閉原理

電網(wǎng)出現(xiàn)故障，機組突然甩負荷時，調(diào)速器應(yīng)快速關(guān)閉導(dǎo)葉，經(jīng)過一段時間的調(diào)節(jié)過程，機組恢復(fù)到空載開度。在調(diào)節(jié)過程中，水輪機的最高轉(zhuǎn)速值很重要，它影響到機組的穩(wěn)定運行和使用壽命。為此，要求導(dǎo)葉快速關(guān)閉。在甩負荷的同時，由于導(dǎo)葉的快速關(guān)閉，過水系統(tǒng)流量會急劇變化，以致產(chǎn)生水擊，即形成最大壓力上升或最大壓力下降，從而影響過水系統(tǒng)的安全。目前，采用導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置來協(xié)調(diào)水擊壓力和機組轉(zhuǎn)速的躍升。甩負荷時，盡管導(dǎo)葉全關(guān)閉時間相同，但采用不同的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律時，產(chǎn)生的水壓和轉(zhuǎn)速上升率將不相同。理論分析表明，在一定的導(dǎo)葉關(guān)閉時間內(nèi)，存在著一種使水壓上升率最小的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律，這種關(guān)閉規(guī)律稱為最優(yōu)關(guān)閉規(guī)律，一般表現(xiàn)為一條不規(guī)則的曲線。雖然采用微機技術(shù)有可能實現(xiàn)最優(yōu)關(guān)閉，但是，從保證可靠性出發(fā)，目前還是采用機械液壓分段關(guān)閉裝置來逼近最優(yōu)關(guān)閉曲線。通常采用兩段折線關(guān)閉裝置，一般第一段關(guān)閉速度較大，第二段關(guān)閉速度較小。由于第一段關(guān)閉速度比直線關(guān)閉時的關(guān)閉速度大，對于降低轉(zhuǎn)速上升值有明顯的作用。同時，采用兩段關(guān)閉還可以減輕或防止軸流式水輪機組的抬機現(xiàn)象。眾所周知，拐點的位置對水壓和轉(zhuǎn)速上升值有很大影響，而該電站為軸流轉(zhuǎn)槳式機組，流量為455m?/秒。突然關(guān)閉導(dǎo)葉，水錘現(xiàn)象明顯，對機組也有較大的不利影響。通過調(diào)速器分段關(guān)閉裝置可以有效降低水錘現(xiàn)象對機組不利的影響，實現(xiàn)分段關(guān)閉的功能，則由調(diào)速系統(tǒng)的分段關(guān)閉裝置執(zhí)行。根據(jù)一定的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和一定的導(dǎo)葉關(guān)閉時間，接力器快速關(guān)閉至全關(guān)位置，經(jīng)過自動調(diào)節(jié)過程，當機組轉(zhuǎn)速回復(fù)或接近甩負荷前的轉(zhuǎn)速時，接力器會打開導(dǎo)葉至空載開度，以逐步達到新的平衡工況。

該電站所使用的分段關(guān)閉裝置由分段關(guān)閉引導(dǎo)閥、分段關(guān)閉限位閥和裝有調(diào)整塊的扇形輪組成，通過調(diào)整調(diào)整塊，可改變分段關(guān)閉拐點位置。實現(xiàn)的裝置比較簡單，只需要在接力器開側(cè)的排油管上裝設(shè)一個節(jié)流閥?？刂乒?jié)流閥是否投入可以用電磁配壓閥啟動，也可以由機械裝置啟動。如當接力器行程到達一定的位置時，通過接在調(diào)速環(huán)上鋼絲繩的位移或者接力器上斜坡面或者凸輪推動連桿機構(gòu)使節(jié)流閥投入，減小開側(cè)排油的管道截面面積，從而降低排油速度，導(dǎo)葉的關(guān)閉速度隨之減慢。通過調(diào)整限位閥上的螺母，進而調(diào)整接力器的后段（慢速）時間。截面越小，水錘越小，關(guān)閉時間就越長。反之也成立！原理圖如下：

四、故障分析

這次事故發(fā)生后，檢修人員結(jié)合機組當時的狀態(tài)對事故的原因進行了分析。關(guān)閉速度過慢，綜合考慮應(yīng)該是開側(cè)接力器的排油口變小所致。檢修人員把分段關(guān)閉裝置相關(guān)部位拆開，發(fā)現(xiàn)事故是由于調(diào)速器的分段關(guān)閉裝置的引導(dǎo)閥的針塞滑動發(fā)卡，不能自由移動，當機組甩去負荷后，調(diào)速器一直處于第二段關(guān)閉狀態(tài)，致使接力器關(guān)閉導(dǎo)葉時間慢，機組轉(zhuǎn)速急劇上升。同時，發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)閥針塞缸體內(nèi)有較多雜質(zhì)，經(jīng)鑒定，為透平油內(nèi)所含雜質(zhì)。由于雜質(zhì)的存在，不但針閥不能自由滑動，而且針閥和缸體各自的摩擦面也各有輕微劃傷。

五、解決方法

該電站2號水輪發(fā)電機組原來調(diào)速器運行了20余年，由于技術(shù)落后再加上運行時間太長，調(diào)速器磨損嚴重，精度也越來越差。首先需要將針塞取出，用透平油清洗干凈。用800#的砂紙進行打磨。確保針塞放入缸體后滑動自如。針對高壓油有雜質(zhì)問題，在進油管前加裝一道細濾網(wǎng)，減少雜質(zhì)對兩段關(guān)閉閥的影響。針對回復(fù)彈簧彈力可能偏小的問題，決定在回復(fù)彈簧的底座加上一個4毫米的墊片，增加動作時彈簧的壓縮量，以增大彈簧力，有利于關(guān)閉閥的回復(fù)。

為了使新調(diào)速器各部件與調(diào)速器更協(xié)調(diào)，工作更平穩(wěn)，進行了全面的更換。包括油管、法蘭盤等。集油槽清洗干凈，透平油也重新過濾干凈，降低油中雜質(zhì)含量。確保調(diào)整檢修后調(diào)速器穩(wěn)定性安全性方面萬無一失。

六、改進后運行情況

對兩段關(guān)閉閥的改進后，機組經(jīng)過一年多時間的運行，經(jīng)歷多次甩負荷的工況，機組并沒有因為調(diào)速器的兩段關(guān)閉閥發(fā)卡而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超升的現(xiàn)象。這說明我們對兩段關(guān)閉閥的改進是有針對性的，是有效的。同時每過段時間都對透平油取樣化驗，隨時了解油質(zhì)變化。經(jīng)過對調(diào)速器的兩段關(guān)閉閥進行改進，避免了出現(xiàn)甩負荷后無法控制機組轉(zhuǎn)速上升而對機組造成的不必要的損害，確保了發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

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