水電機組接力器靜態(tài)漂移試驗及其優(yōu)化

段水航，劉 釗，余凱鵬，劉天雄，劉潤昌

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

1 接力器靜態(tài)漂移試驗簡述

接力器和主配壓閥是水電機組調(diào)速器的主要控制部件，主配壓閥由比例閥或五相步進電機及引導閥進行液壓控制，操作接力器和活動導葉，實現(xiàn)機組開機、停機以及調(diào)節(jié)負荷的功能。在流道無壓力水的情況下，進行調(diào)速器無水試驗，接力器靜態(tài)漂移試驗是其中一個試驗項目，不同行程的靜態(tài)漂移量可通過調(diào)整主配壓閥機械中位實現(xiàn)[1]，測量方法為：調(diào)速器切“機手動”模式(無調(diào)節(jié)反饋)下，動作活動導葉至典型開度(一般選擇25%、50%、65%、80% 4個導葉開度)，接力器活塞桿上架設磁性表座以及百分表，在正常工作油壓下，測量接力器漂移量[2]。若漂移量超出設計要求，必須調(diào)整引導閥閥芯位置，直到靜態(tài)漂移量在設計值范圍之內(nèi)。

漂移量計算方法為

式中：ΔS為靜態(tài)漂移量，mm/min；Δt為測定開始到結(jié)束的時間間隔，要求至少為10 min；S0為檢測開始前百分表的讀數(shù)，mm；SΔt為檢測間隔Δt時間后百分表讀數(shù)，mm。

根據(jù)2016版《水輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗導則》要求，接力器1 min靜態(tài)漂移量標準為：≤0.1%×接力器行程[3]。

接力器漂移量測量過程中，影響測量數(shù)據(jù)的因素較多，如主配壓閥中位時 “偏開”或“偏關(guān)”、接力器到達指定開度時是“開向”或“關(guān)向”、接力器活塞密封情況、測量人員因不理解數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因而造成的取值誤差等。而接力器開關(guān)腔壓力值達到穩(wěn)態(tài)所需時間區(qū)間較大(幾十秒至幾分鐘)，測量人員沒有準確的判斷標準，通常是將測量時間延長，所取數(shù)據(jù)樣本足夠多后，綜合判斷后期數(shù)據(jù)是否為接力器開關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后的數(shù)據(jù)。測量過程中每個工序等待的時間較長，效率低下，而且需要測量人員達到的專業(yè)技術(shù)能力較高，數(shù)據(jù)準確性差。

2 接力器靜態(tài)漂移試驗意義

2.1 調(diào)速系統(tǒng)失電后的保護作用

圖1機組模型導葉水力矩試驗結(jié)果，6只測力導葉從8～24 mm開口均具有自關(guān)閉趨勢，表明28.6%～85.7%導葉開度范圍內(nèi)，導葉在水力矩的作用下，可克服導水機構(gòu)阻力矩和接力器操作力矩的影響，使活動導葉具有自關(guān)閉趨勢[4]。符合標準要求的接力器靜態(tài)漂移試驗數(shù)據(jù)，可使機組調(diào)速系統(tǒng)突發(fā)失電后，主配壓閥依然保持在中間位置，而活動導葉在水力矩的作用下具有自關(guān)閉趨勢，給運行維護人員充足時間用手動方式調(diào)節(jié)活動導葉開度，以保持現(xiàn)有電能輸出指標，同時避免導葉開度增大后機組發(fā)生飛逸或溜負荷情況。

圖1 導葉自關(guān)閉模型設計曲線圖

2.2 使主配壓閥保持良好調(diào)節(jié)狀態(tài)

良好的接力器靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)，可使機組帶負荷運行時主配壓閥調(diào)節(jié)時間周期處于可控范圍(周期長度適中)，避免發(fā)生主配壓閥調(diào)節(jié)頻繁或長時間不調(diào)節(jié)，此時壓油泵啟動頻率較低，壓力油油溫適中，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好。表1為某機組調(diào)速器無水試驗時接力器靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)，接力器不同行程均處于關(guān)側(cè)漂移，靜態(tài)漂移量范圍為：0.02～0.5 mm/min；機組帶負荷運行時，錄制生成接力器開關(guān)腔壓力曲線，見圖2，主配壓閥調(diào)節(jié)周期為54 s，調(diào)節(jié)狀態(tài)良好。

圖2 主配壓閥調(diào)節(jié)周期圖

表1 某機組接力器靜態(tài)漂移試驗數(shù)據(jù)表

2.3 判斷事故配壓閥、分段關(guān)閉閥內(nèi)泄漏情況

為保持接力器靜態(tài)漂移試驗數(shù)據(jù)合格而調(diào)整的實際中間位置，并不一定是主配壓閥的幾何中間位置，如接力器開、關(guān)腔操作油管存在內(nèi)漏時，主配壓閥實際中間位置將偏離幾何中間位置[5]。測量、計算出主配壓閥幾何中間位置和實際中間位置的差值，并與主配壓閥遮程對比，可判斷出事故配壓閥、分段關(guān)閉閥內(nèi)漏問題，具有一定實際意義，見圖3。

圖3 主配壓閥結(jié)構(gòu)圖

1)主配壓閥幾何中間位置測量方法。①調(diào)速器切“機手動”方式，導葉開度5%時調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，測10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏開”，慢速調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時，用百分表記錄主配壓閥上端限位板位置a1；導葉開度95%調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，測10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏關(guān)”，慢速調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時，記錄主配壓閥上端限位板位置a2。②調(diào)速器切“機手動”方式，導葉開度5%時調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，測10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏關(guān)”，慢速調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時，用百分表記錄位置a3；“機手動”方式，導葉開度95%，調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，測10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏開”，慢速調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時，記錄位置a4。③取a1、a2、a3、a4的平均值a為主配壓閥幾何中位時限位板位置值。

2)分段關(guān)閉閥和事故配壓閥內(nèi)泄漏判斷方法。調(diào)速器無水試驗中，如主配壓閥關(guān)腔側(cè)事故配壓閥內(nèi)漏，會造成接力器關(guān)腔管路存在增量壓力油供給[6]，一般需調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥實際中位時“偏開”，以抵消接力器關(guān)腔管路增量壓力油的影響，此時主配壓閥實際中位在幾何中位的偏開方向；如主配壓閥開腔側(cè)事故配壓閥內(nèi)漏，會造成接力器開腔管路存在增量壓力油供給，一般需調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥實際中位時“偏關(guān)”，以抵消接力器開腔管路增量壓力油的影響，此時主配壓閥實際中位在幾何中位的偏關(guān)方向；如分段關(guān)閉閥內(nèi)漏，接力器開腔管路壓力油會有一部分漏失到回油箱，一般需調(diào)節(jié)引導閥閥芯位置，使主配壓閥中位時“偏開”，以抵消接力器開腔管路漏失壓力油的影響，此時主配壓閥實際中位在幾何中位[7]的偏開方向。

設主配壓閥幾何中間位置為a，為滿足接力器靜態(tài)漂移量而調(diào)整的主配壓閥實際中間位置為b，設主配壓閥遮程(主配壓閥閥盤厚度與襯套控制窗口高度之差的1/2稱為遮程)為c；a可由上述方法測量計算得出，b可在接力器靜態(tài)漂移量滿足標準要求后直接測量得出，c為定值，由設計制造決定。

若|a-b|>c，表明接力器開關(guān)腔管路串聯(lián)的插裝閥可能存在內(nèi)漏，且|a-b|、c的差值和內(nèi)漏可能性成正比；a>b(即主配壓閥中位時“偏開”)說明主配壓閥關(guān)腔側(cè)事故配壓閥增壓式內(nèi)漏或分段關(guān)閉閥泄壓式內(nèi)漏；a

3 接力器靜態(tài)漂移試驗數(shù)據(jù)解析

流道無水情況下，接力器靜態(tài)漂移試驗需要測開關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后的數(shù)值，才具有意義。接力器開關(guān)腔內(nèi)漏良好的情況下，靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)應只有以下兩種情況：①全部典型導葉開度下，接力器漂移量均為正值；②全部典型導葉開度下，接力器漂移量均為負值。

運行年限較長的機組，接力器開關(guān)腔內(nèi)漏情況較嚴重時，根據(jù)接力器活塞間隙均和主配壓閥中位時的遮程間隙相對大小不同，接力器漂移量數(shù)值應只具有以下四種組合：①全部典型導葉開度下，接力器漂移量均為正值；②全部典型導葉開度下，接力器漂移量均為負值；③某些典型導葉開度為正值，某些典型導葉開度為0；④某些典型導葉開度為負值，某些典型導葉開度為0。

其中①和②表明全部開度下接力器活塞間隙均小于主配壓閥中位時的遮程間隙，即調(diào)速系統(tǒng)接力器在內(nèi)漏方面表現(xiàn)良好；③和④中的0漂移量表明此開度下，接力器開關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后接力器活塞保持不動，即開關(guān)腔壓差操作功小于導水機構(gòu)阻力矩(約為0.4 MPa接力器開關(guān)腔壓差操作功)，此種情況表明接力器活塞間隙大于主配壓閥中位時的遮程間隙。以上四種組合以外的接力器靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)組合形式均為虛假數(shù)據(jù)，不具有意義。

以表2某機組2016～2017年度接力器零漂檢查結(jié)果，分析可得出如下結(jié)果：①依據(jù)接力器第5 min實際靜態(tài)漂移量數(shù)據(jù)，判斷主配壓閥處中位時應為偏關(guān)；②第1 min接力器活塞的漂移量為接力器開關(guān)腔壓力從非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)過渡過程的平均值，不具有參考意義；③接力器開關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后，此次測量接力器活塞靜態(tài)漂移量數(shù)值組合應為正值和0的組合；④40%開度下，第5 min時接力器開關(guān)腔壓力未達到穩(wěn)態(tài)，接力器靜態(tài)漂移量隨測量時間的延長，開關(guān)腔壓力達到穩(wěn)態(tài)后應為0；⑤測量5 min時間的接力器靜態(tài)漂移量數(shù)據(jù)樣本不足，不能代表實際靜態(tài)漂移量。

表2 某機組2016～2017年度接力器靜態(tài)漂移試驗數(shù)據(jù)表

4 接力器靜態(tài)漂移試驗流程優(yōu)化

為提高接力器靜態(tài)漂移試驗效率，對水電機組接力器本體進行優(yōu)化，設計接力器靜態(tài)漂移量的輔助測量裝置，見圖4。在1號接力器和2號接力器開關(guān)腔本體上分別增加壓力表、雙向密封手動球閥及其連接管路，以輔助判斷接力器漂移數(shù)據(jù)，可減少等待時間，提高測量效率。

圖4中，在1號接力器和2號接力器開關(guān)腔本體兩端分別增加數(shù)字式壓力表以及表前閥，2個表前閥后、壓力表前各伸出連接管，中間設置雙向密封手動球閥，處于常閉狀態(tài)。壓力表為高壓數(shù)字式壓力表，便于測量時讀數(shù)；平壓球閥為雙向密封手動球閥，可保證雙向分別有壓力油流經(jīng)球閥的情況下，閥門密封不損壞，閥門不滲漏。

圖4 接力器漂移量輔助測量裝置示意圖

裝置工作原理。機組上游閘門關(guān)閉，水輪機轉(zhuǎn)輪無水狀態(tài)下，調(diào)速器切“機手動”模式，動作活動導葉至典型開度(一般選擇25%、50%、65%、80% 4個導葉開度)，打開兩個接力器的平壓閥，觀察接力器開關(guān)腔壓力變化，開關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)(即開關(guān)腔壓力具有一定壓差，但數(shù)值基本無波動)后，關(guān)閉平壓閥，接力器活塞桿上架設磁性表座及百分表，測量接力器每1 min的漂移數(shù)據(jù)，記錄3 min，和接力器漂移標準值對比，如超標，需要調(diào)整引導閥閥芯位置，再次重復試驗，直至合格。如此優(yōu)化試驗流程后，測量人員只需要達到一般的專業(yè)技術(shù)能力即可順利開展測量、調(diào)整工作，每個工序的等待時間降低，效率提高；平壓后讀取的數(shù)據(jù)為開關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后的數(shù)值，數(shù)據(jù)準確。

5 結(jié) 語

介紹接力器靜態(tài)漂移試驗流程，解析具體試驗數(shù)據(jù)組合產(chǎn)生的過程和原因，同時將接力器靜態(tài)漂移試驗和調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)泄漏問題結(jié)合分析，闡述靜態(tài)漂移試驗數(shù)據(jù)更深層次的意義。對水電機組接力器本體結(jié)構(gòu)以及試驗流程進行優(yōu)化，加裝接力器靜態(tài)漂移量輔助測量裝置，降低測量等待時間，提高效率，保證測量數(shù)據(jù)準確、可信，對接力器內(nèi)泄漏和分段關(guān)閉閥、事故配壓閥內(nèi)泄漏問題的分析、處理提供技術(shù)建議。