淺析水電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏診斷與處理

段水航

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司向家壩電廠，四川 宜賓 644612)

巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械部分主要由水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器三部分構(gòu)成，其中調(diào)速器液壓系統(tǒng)為控制機(jī)構(gòu)，它主要由油壓裝置系統(tǒng)、主配壓系統(tǒng)、事故配壓系統(tǒng)、分段關(guān)閉系統(tǒng)及接力器組成，通過(guò)這些子系統(tǒng)的相互協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組開(kāi)停機(jī)、負(fù)荷調(diào)節(jié)等操作(見(jiàn)圖1)。調(diào)速系統(tǒng)作為水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的“心臟”，全面控制機(jī)組運(yùn)行，保證輸出電力負(fù)荷的穩(wěn)定性。其功能主要有：在單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)用來(lái)維持機(jī)組轉(zhuǎn)速的恒定(頻率調(diào)節(jié)模式)；承擔(dān)機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)、并網(wǎng)和增減負(fù)荷等操作；在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，按有差特性承擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)按功率調(diào)節(jié)、開(kāi)度調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、水位調(diào)節(jié)模式運(yùn)行；是水電站與機(jī)組的安全監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行裝置之一，事故時(shí)通過(guò)緊急停機(jī)電磁閥或事故配壓閥快速關(guān)閉導(dǎo)葉切斷水流，使機(jī)組緊急停機(jī)或事故停機(jī)，保護(hù)機(jī)組及電站廠房的安全。

1 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏情況概述

國(guó)內(nèi)某巨型電站調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)由3臺(tái)大油泵和1臺(tái)小油泵共同提供壓力油源，機(jī)組正常運(yùn)行情況下，當(dāng)系統(tǒng)油壓低于6.15 MPa時(shí)，小油泵啟動(dòng)為系統(tǒng)充油補(bǔ)壓至6.3 MPa；機(jī)組備用期間，當(dāng)壓力油罐油壓低于5.9 MPa時(shí)或壓油罐油位小于1 635 mm，大油泵啟動(dòng)為系統(tǒng)充油補(bǔ)壓至6.3 MPa。機(jī)組備用期間，調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏量和壓油泵啟動(dòng)頻次直接相關(guān)，并成正比。

2017年3月至5月間，某機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)小壓油泵加載時(shí)間間隔由50 min減小到18 min，每次加載時(shí)長(zhǎng)從5 min增加到7 min，加載時(shí)間間隔呈逐漸縮短趨勢(shì)；機(jī)組停機(jī)備用期間，調(diào)速系統(tǒng)大泵啟動(dòng)加載時(shí)間間隔由24 h減小至1.2 h，自啟能使時(shí)間間隔亦呈逐漸縮短趨勢(shì)。

兩種情況均可表明調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏情況的惡化：①機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，小油泵加載時(shí)間間隔縮短、每次加載時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)；②機(jī)組停機(jī)備用期間，自啟使能間隔時(shí)間縮短。

圖1 混流式水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)概覽圖

2 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏危害

水電機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)漏油有外漏和內(nèi)漏兩種情況。外漏主要是油管破裂、接頭松動(dòng)、緊固不足等情況造成的，只需運(yùn)行維護(hù)人員在機(jī)組狀態(tài)條件允許的情況下，做好安全保證措施即可處理；而內(nèi)漏主要是液壓系內(nèi)部串聯(lián)、并聯(lián)的球閥、主配壓閥、液壓插裝閥、接力器等設(shè)備內(nèi)部零部件或密封老化、損壞造成的，往往比較隱秘，不易被發(fā)現(xiàn)，需要完整的試驗(yàn)流程，甚至借助超聲波流量計(jì)等儀器進(jìn)行檢測(cè)，才能夠準(zhǔn)確查找和排除。調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏的危害主要有：

1)停機(jī)備用狀態(tài)下，調(diào)速器液壓系統(tǒng)自啟使能時(shí)間間隔縮短，壓油泵啟動(dòng)頻繁，油泵機(jī)械部件磨損加劇，造成軸承發(fā)熱嚴(yán)重、振動(dòng)噪聲增大等問(wèn)題；

2)調(diào)速系統(tǒng)油溫上升，油品黏度降低，進(jìn)一步加劇液壓系統(tǒng)內(nèi)漏情況，形成惡性循環(huán)；

3)壓油泵啟停頻繁，導(dǎo)致聯(lián)軸器彈性體破損，油泵無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，影響調(diào)速系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可能造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)；

4)調(diào)速系統(tǒng)油溫長(zhǎng)期維持在45℃以上，油品加速老化、劣化，調(diào)速系統(tǒng)液壓元件內(nèi)部油泥產(chǎn)生量增加，透平油使用壽命縮短；

5)接力器活塞導(dǎo)向環(huán)破損會(huì)導(dǎo)致本體內(nèi)漏，主配壓閥調(diào)節(jié)頻繁，步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱嚴(yán)重，嚴(yán)重內(nèi)漏會(huì)導(dǎo)致負(fù)載時(shí)有功晃動(dòng)，空載時(shí)并網(wǎng)困難(見(jiàn)圖2)；

6)在導(dǎo)葉端面間隙測(cè)量時(shí)，往往需要導(dǎo)葉開(kāi)度保持在30%左右，調(diào)速系統(tǒng)撤壓過(guò)程中，事故配壓閥會(huì)在0.8 MPa以下自動(dòng)動(dòng)作，如在撤壓過(guò)程中進(jìn)行導(dǎo)葉端面間隙測(cè)量，調(diào)速系統(tǒng)事故配壓閥主供油源閥的內(nèi)漏，會(huì)造成導(dǎo)葉異?？焖訇P(guān)閉，嚴(yán)重威脅測(cè)量人員的人身安全。

圖2 接力器導(dǎo)向環(huán)撕裂情況

3 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏試驗(yàn)流程

當(dāng)調(diào)速器液壓系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)漏時(shí)能夠迅速找到原因，提出有效的解決辦法十分重要。由于液壓系統(tǒng)是密封帶壓系統(tǒng)，管路中油液的流動(dòng)情況，液壓元件內(nèi)部的零件動(dòng)作和密封是否損壞都不易觀察到，因此分析內(nèi)漏的部位和內(nèi)漏原因都比較困難，需要行之有效的試驗(yàn)方案，才能保證準(zhǔn)確、高效的找到內(nèi)漏部位。

觀察調(diào)速系統(tǒng)回油箱內(nèi)冒油情況，步驟為：

1)退出調(diào)速器液壓系統(tǒng)“自啟使能”，打開(kāi)回油箱上方人孔門(mén)蓋板，觀察回油箱有無(wú)油液流動(dòng)跡象，可直觀判斷出漏油管路的所屬回路。

2)如發(fā)現(xiàn)圖1中回油箱1號(hào)管路冒油，表明壓油泵出口加載側(cè)單向閥內(nèi)漏，造成壓力油串入油泵出口管路，油泵反轉(zhuǎn)，回油箱中油泵進(jìn)口處冒油。

3)如發(fā)現(xiàn)圖1中回油箱2號(hào)管路冒油，表明分段關(guān)閉閥、事故配壓閥或接力器內(nèi)漏。首先全開(kāi)、全關(guān)相應(yīng)主閥體的控制油源閥，并依次動(dòng)作事故配壓閥、分段關(guān)閉閥查看回油箱內(nèi)的冒油情況，綜合判斷內(nèi)漏設(shè)備；其次查看接力器進(jìn)、排油管及缸體處是否有較大的竄油聲音，用燥聲儀輔助測(cè)量其進(jìn)、出油管處的分貝數(shù)，用紅外線測(cè)溫儀輔助測(cè)量其管體溫度，同時(shí)與其他機(jī)組接力器進(jìn)行橫向比較，綜合判斷接力器內(nèi)漏的情況。

4)如發(fā)現(xiàn)圖1中回油箱3號(hào)管路冒油，表明主配壓閥或事故配壓閥內(nèi)漏。首先動(dòng)作事故配壓閥，查看管路冒油情況，如停止冒油，則確認(rèn)為事故配壓閥內(nèi)漏；如依然冒油，應(yīng)是主配壓閥內(nèi)漏，可查看主配壓閥內(nèi)油流的噪聲情況進(jìn)行確認(rèn)。

5)如發(fā)現(xiàn)回油箱中控制回油管路冒油(因控制油管較多，圖1中未標(biāo)明)，首先懷疑事故配壓閥和分段關(guān)閉閥的控制回油腔和操作油腔串油，結(jié)合全開(kāi)、全關(guān)控制油源閥和動(dòng)作事故配壓閥、分段關(guān)閉閥可綜合判斷出內(nèi)漏設(shè)備。

6)如確認(rèn)滲漏點(diǎn)為事故配壓閥或分段關(guān)閉閥，可將該設(shè)備與系統(tǒng)隔離，用打壓泵依次對(duì)疑似滲漏點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)行打壓試驗(yàn)，可確認(rèn)滲漏部位。

7)可在調(diào)速系統(tǒng)“機(jī)手動(dòng)”模式下，調(diào)整主配壓閥中位，同時(shí)觀察回油箱中主配壓閥回油管的冒油量來(lái)判斷主配壓閥是否存在內(nèi)漏。

其他內(nèi)漏情況：①使調(diào)速系統(tǒng)主供油管路保持額定壓力，查看油泵電機(jī)有無(wú)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可判斷油泵出口加載側(cè)單向閥有無(wú)內(nèi)漏；啟動(dòng)1臺(tái)泵，并保持卸載狀態(tài)，檢查其他油泵有無(wú)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可判斷油泵出口卸載側(cè)單向閥有無(wú)內(nèi)漏；②全開(kāi)圖1中隔離閥和儲(chǔ)油罐之間的閥門(mén)，全關(guān)隔離閥與主配壓閥之間的閥門(mén)，觀察系統(tǒng)管路壓力變化情況，可判斷出隔離閥是否內(nèi)漏；③投入緊急停機(jī)電磁閥、動(dòng)作事故配壓閥、全關(guān)事故配壓閥主供油源閥和事故配壓閥主供油源閥，觀察系統(tǒng)管路壓力表變化情況，如事故配壓閥主供油源閥內(nèi)漏，可在調(diào)速系統(tǒng)撤壓前及時(shí)處理，有效防止本文2中第6)條發(fā)生。

4 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏處理及改進(jìn)建議

4.1 調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏處理

1)針對(duì)調(diào)速系統(tǒng)主供油管路上的大通徑球閥，球體密封無(wú)法在不拆閥門(mén)的情況下更換，如事故配壓閥主供油源閥、主配壓閥主供油源閥、主配壓閥檢修閥等發(fā)生內(nèi)漏，應(yīng)制定方案，及時(shí)更換新球閥。

2)針對(duì)隔離閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉閥等液壓插裝閥，更換造成內(nèi)漏的密封即可解決內(nèi)漏問(wèn)題。如插裝閥的殼體密封、活塞密封、襯套密封等。《液壓插裝閥閥芯密封更換裝置》和《液壓插裝閥連接座拆卸裝置》兩個(gè)實(shí)用新型專(zhuān)利裝置(見(jiàn)圖3)，可顯著提高更換密封的效率，保證施工過(guò)程的安全，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮椋?018210698282和2018210705040。

圖3 液壓插裝閥閥芯密封更換裝置和液壓插裝閥連接座拆卸裝置示意圖

3)針對(duì)設(shè)計(jì)原因造成的，更換密封后無(wú)法解決內(nèi)漏的密封部位，或更換新密封后，耐久性不足1年的密封部位，應(yīng)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位、制造單位，進(jìn)行密封換型論證。國(guó)內(nèi)某巨型水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥連接座密封因O型密封圈內(nèi)漏方面耐久性不足，更換為啞鈴型密封件后，內(nèi)漏問(wèn)題得到了徹底解決(見(jiàn)圖4)。

圖4 調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥連接座密封換型圖

4)針對(duì)接力器的內(nèi)漏，水輪發(fā)電機(jī)組B修或A修時(shí)，可將接力器缸蓋拆除，檢查活塞導(dǎo)向環(huán)的使用情況，需要更換時(shí)3層導(dǎo)向環(huán)層間錯(cuò)位120°安裝?；匮b后，制作專(zhuān)用裝置對(duì)接力器進(jìn)行打壓試驗(yàn)，測(cè)量漏油量。機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，查看接力器進(jìn)、出油管及缸體處的竄油聲音，測(cè)量進(jìn)出油管處的分貝數(shù)及管體溫度，與修前接力器的內(nèi)漏情況進(jìn)行比較，提供數(shù)據(jù)支持。

4.2 防止、減小調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏的建議措施

1)對(duì)關(guān)鍵部位密封件進(jìn)行“預(yù)防性檢修”。統(tǒng)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)所有密封件，生成匯總表，包括密封件的名稱(chēng)、型號(hào)規(guī)格、安裝部位、已使用年數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)說(shuō)明等內(nèi)容，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)說(shuō)明，對(duì)可能造成重大外漏、內(nèi)漏后果的密封件，進(jìn)行重點(diǎn)管理，在其使用壽命年限內(nèi)，未失效前進(jìn)行“預(yù)防性檢修”，更換新的密封件。

2)嚴(yán)控制造、加工質(zhì)量。調(diào)速器液壓系統(tǒng)中一些間隙密封，以及由于加工裝配誤差、磨損不均和零件工作變形等產(chǎn)生的縫隙，它們因工作時(shí)動(dòng)作磨損而逐漸增大。當(dāng)油流經(jīng)這些縫隙時(shí)，必然引起泄漏。液壓系統(tǒng)各元件生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制加工精度，同時(shí)盡量縮小裝配誤差，對(duì)新投入使用的液壓系統(tǒng)必須認(rèn)真清洗后，才可使用，以消除裝配時(shí)留下的各種雜質(zhì)、污物，減小液壓系統(tǒng)運(yùn)行中的磨損。加工制造時(shí)保證液壓插裝閥各控制腔之間有足夠的強(qiáng)度，防止機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，液壓插裝閥閥體內(nèi)暗管之間被油壓擊穿，威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3)運(yùn)用設(shè)備趨勢(shì)分析系統(tǒng)，跟蹤液壓系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律。利用設(shè)備趨勢(shì)分析系統(tǒng)，查看各臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的油泵加載間隔時(shí)間和機(jī)組停機(jī)備用時(shí)自啟使能時(shí)間間隔等歷史數(shù)據(jù)，生成折線圖等圖表，實(shí)時(shí)跟蹤，定期分析。運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行機(jī)組巡檢時(shí)，記錄回油箱油溫、主配壓閥調(diào)節(jié)頻率，以輔助判斷調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏量的變化情況。

4)增設(shè)計(jì)量元器件，輔助分析判斷。調(diào)速器液壓系統(tǒng)會(huì)配置一些基本的測(cè)量元器件，如壓力油罐、壓力氣罐本體安裝壓力表、空氣安全閥等安全附件，還有液位計(jì)、壓力傳感器、壓力開(kāi)關(guān)等測(cè)量元器件，監(jiān)控壓油罐安全運(yùn)行；系統(tǒng)管路上設(shè)置壓力傳感器、壓力開(kāi)關(guān)等測(cè)量元器件，以監(jiān)控液壓系統(tǒng)管路上的壓力波動(dòng)。

僅依靠基本測(cè)量元器件，運(yùn)行維護(hù)人員較難對(duì)調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，必要情況下，可在操作油管和控制油管路上增設(shè)壓力表、流量計(jì)等測(cè)量元器件。如在事故配壓閥操作油管路上增加壓力表，可在機(jī)組停機(jī)備用狀態(tài)下，快速判斷事故配壓閥主供油源閥的內(nèi)漏情況；在分段關(guān)閉閥連接座控制油管路上增加壓力表或流量計(jì)，可直觀的判斷出分段關(guān)閉閥的內(nèi)漏情況；在接力器開(kāi)腔管路上增加壓力表、流量計(jì)，可快速判斷出接力器的內(nèi)漏情況。水電廠生產(chǎn)管理人員可依據(jù)本電站調(diào)速系統(tǒng)的具體布置情況，在不產(chǎn)生設(shè)備安全隱患的情況下，增加必要的計(jì)量元器件，輔助分析判斷調(diào)速系統(tǒng)各閥組的內(nèi)漏情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

水電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏是比較常見(jiàn)的問(wèn)題，同時(shí)又是影響調(diào)速系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)比較嚴(yán)重的缺陷。要分析、控制、減小調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)漏量，首先要在設(shè)計(jì)、制造、加工裝配等方面做好管理工作；其次運(yùn)行維護(hù)人員必須充分了解整個(gè)液壓系統(tǒng)的動(dòng)作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和元件及材料配置情況；最后重中之重是對(duì)調(diào)速系統(tǒng)各閥組的密封件進(jìn)行閉環(huán)跟蹤管理，在密封失效前進(jìn)行“預(yù)防性檢修”，提出有針對(duì)性的措施，可有效控制液壓系統(tǒng)內(nèi)漏問(wèn)題。水電站運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏，并積極分析處理，提升調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行特性，保證水電站機(jī)組安全可靠運(yùn)行。