某大型水電站泄洪閘門回油箱溢油原因分析

龍見穎

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

某大型水電站右岸泄洪洞泄洪系統(tǒng)由兩條泄洪洞、兩套工作閘門及其啟閉系統(tǒng)、兩套事故檢修閘門及其啟閉系統(tǒng)組成。兩條泄洪洞設(shè)計泄洪能力共為7400m3/s，從左到右（面向下游）編號依次為#1、#2。泄洪洞工作閘門為弧形門，每個弧形閘門系統(tǒng)由一組動力單元和兩個液壓缸組成，采用雙缸液壓啟閉機操作。工作閘門底坎高程為1163m，孔口尺寸為13m×15m，啟門時油泵提供動力，落門時靠自重下落（油泵僅開液壓鎖）。

1 故障現(xiàn)象

2017年7月19日，將#1泄洪洞工作閘門從全開關(guān)閉至全關(guān)狀態(tài)，閘門關(guān)至96.14%開度即停止動作，控制系統(tǒng)發(fā)“閘門異步”報警，且現(xiàn)地無法復(fù)歸?？刂破溜@示左缸開度為7986mm，右缸開度為8035mm，左右缸異步值為49mm（兩缸同步誤差要求≤10mm）。經(jīng)現(xiàn)場處理，臨時消除兩缸異步故障，閘門動作恢復(fù)正常。根據(jù)閘門調(diào)度操作指令，將#1泄洪洞工作閘門關(guān)閉至80%開度并保持。

次日，將#1泄洪洞工作閘門由80%開度關(guān)至全關(guān)位置，其間發(fā)現(xiàn)液壓啟閉機回油箱空氣吸濕器旁溢流管處溢油，查看回油箱油位已滿。經(jīng)申請，立即停止#1泄洪洞操作，此時#1泄洪洞開度為8.28%，隨后回油箱油位逐漸降低至正常油位，繼續(xù)將#1泄洪洞工作閘門落至全關(guān)，回油箱空氣吸濕器沒有再次發(fā)生溢油現(xiàn)象。

2 故障分析

2.1 回油箱溢油成因

圖1 閘門液壓啟閉機液壓系統(tǒng)原理

（1）液壓原理分析。落門流程如下（見圖1）：泄洪洞工作閘門依靠閘門自重關(guān)閉，壓力油經(jīng)提落門主閥（三位四通電磁閥）的中位直接回油箱。落門電磁閥S1和電磁閥S5同時動作，壓力油只經(jīng)過電磁閥S5將左右缸下腔（有桿腔）液控單向閥打開，左右缸下腔的油流經(jīng)液控單向閥，然后依次經(jīng)過左右缸調(diào)速閥、主閥、（30.12）回到油缸上腔。油缸上腔（無桿腔）因空間較大需通過油箱補油。而在開始落門初期，油缸上腔壓力由大氣壓緩慢變?yōu)樨搲?，此時負壓較小，回油速度較慢，故左右缸下腔的油經(jīng)過主閥到達（30.12）與（30.11）交叉點時，存在相對較大的壓力，從而打開（30.10）逆止閥，直接進入回油箱，導(dǎo)致油箱油位上升。隨閘門下落一定行程后，由于油缸上腔產(chǎn)生的負壓持續(xù)增大，上腔回油速度增大，在（30.12）與（30.11）交叉點壓力減小，此時油流通過（30.10）進入回油箱的流量減小，最終小于或等于（30.13）、（30.14）從回油箱吸至上腔的油流速度。落門到位后電磁閥S1和電磁閥S5斷電，落門過程結(jié)束。

一般情況下，造成溢油的直接原因是油箱油位過高，油流速加快?？稍诼溟T過程中左右缸下腔的油卻正常流至回油箱，故從液壓原理上可排除從左右缸下腔至主閥油路有故障的可能性。而在溢油停止后的一段時間內(nèi)，油箱油位持續(xù)下降，表明回油箱的油可通過（30.13）、（30.14）進入左右油缸上腔，這也排除了油閥S106-1、S107-1至左右油缸上腔油路發(fā)生故障的可能性。故障原因即應(yīng)鎖定在（30.12）、（30.10）、（30.13）、（30.14）上。

（2）數(shù)據(jù)曲線分析。在溢油事件發(fā)生時，#1泄洪洞工作閘門從80%開度落至8.28%開度，用時約6min（見圖2）。而在2017年7月21日14：30時進行#1泄洪洞工作閘門全開、全關(guān)動作試驗中，全程閘門可正常起落，未發(fā)現(xiàn)有異常，此時閘門從全開至全關(guān)總共用時約12min（見圖3）。溢油前閘門正常操作過程，#1泄洪洞工作閘門從全開落至全關(guān)過程，用時也均在12min左右。說明在溢油事件發(fā)生時，#1泄洪洞工作閘門的落門速度明顯增大。

圖2 油箱溢油事件時閘門回關(guān)速率曲線

圖3 正常狀態(tài)下閘門開-關(guān)速率曲線

（3）液壓系統(tǒng)油缸、油箱、管路結(jié)構(gòu)分析?；赜拖淙莘e為2.8m3，外形尺寸（長×寬×高）為2.7m×1m×1.05m。左右缸下腔油管規(guī)格為38mm×4mm，即外徑38mm、內(nèi)徑30mm、壁厚4mm；左右缸上腔油管規(guī)格為42mm×3mm，即外徑42mm、內(nèi)徑36mm、壁厚3mm。液壓系統(tǒng)圖示（30.10）至回油過濾器管路管徑外徑90mm，內(nèi)徑約80mm。油缸內(nèi)徑0.57m，活塞桿外徑0.24m，活塞工作行程10.07m，閘門工作行程8.33m。故閘門在全開、全關(guān)狀態(tài)下由于活塞桿在油缸內(nèi)外位置的變化造成的油量差約為（0.24÷2）2×3.14×8.33×2=0.754m3，對應(yīng)回油箱高度約279mm。據(jù)估計，從回油箱溢出透平油約0.1m3，對應(yīng)回油箱高度約37mm。而從2017年7月21日14：30時進行#1泄洪洞工作閘門全開、全關(guān)動作試驗中發(fā)現(xiàn)，閘門在全開狀態(tài)，回油箱油位約810mm，回油箱油位此時處于最高位置，而閘門處于全關(guān)時，回油箱油位應(yīng)該處于最低位置。在整個溢油事件過程中，若左右缸下腔的油未及時回上腔直接進入回油箱，則回油箱油位可達到279+810+37=1126mm，超出溢流管在回油箱上的入口，故當左右缸下腔的油未能及時回上腔而直接進入回油箱時，液壓油存在從回油箱上的溢流管入口溢出的可能性。

（4）綜合分析。結(jié)合液壓啟閉機液壓原理、油箱溢油、閘門下落速度過快、管路尺寸等綜合判斷，此次溢油的原因：落門時，一臺泵啟動，壓力油經(jīng)提落門主閥的中位直接回油箱。延時15s后，落門電磁閥S1和電磁閥S5同時動作，泵的壓力油經(jīng)過電磁閥S5將左右缸下腔液控單向閥打開，左右缸下腔的油流經(jīng)液控單向閥，然后依次經(jīng)過左右缸調(diào)速閥、主閥,到達逆止閥（30.12）與球閥（30.11）交叉點時，由于液壓油中微小雜質(zhì)導(dǎo)致逆止閥（30.10）偶發(fā)性故障卡澀，不能正?；仃P(guān)，形成油流通路，而不需要100kPa壓力即可打開，導(dǎo)致閘門在繼續(xù)下落過程中，大量的油沒有通過（30.12）油路正常進入油缸上腔，而是通過（30.10）、回油過濾器直接進入回油箱。而液壓系統(tǒng)圖示（30.10）至回油過濾器管路管徑遠大于左右缸上腔油管，回油速度快，導(dǎo)致閘門在溢油時的下落速度增快。左右油缸上腔在落門過程中產(chǎn)生負壓，由（30.13）、（30.14）從油箱所吸油流速度，與從（30.12）油路正常進入油缸上腔的油流速度之和組成。因受管徑影響，遠低于左右缸下腔的油通過（30.10）進入回油箱的油流速度，導(dǎo)致油箱油位持續(xù)上漲，當油位淹沒回油箱溢流管入口后，油流從空氣吸濕器旁溢流管溢出。

3 故障處理

#1泄洪洞工作閘門液壓啟閉系統(tǒng)油箱溢油事件發(fā)生后，檢查#1泄洪洞液壓系統(tǒng)，對液壓系統(tǒng)原理圖中部件（30.12）、（30.13）、（30.14）、（30.11）進行分解檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，將所有部件清洗干凈后回裝。

隨即對回油箱油質(zhì)進行取油樣化驗，油化結(jié)果顯示油質(zhì)異常，隨即對回油箱進行濾油，濾油合格后，同時對回油箱回油過濾器進行更換。

處理結(jié)束后，進行#1泄洪洞工作閘門全開、全關(guān)動作試驗。試驗過程中，啟門過程正常。落門過程中，回油箱油位按照理論規(guī)律變化。閘門全開位置時，油箱油位810mm，先上漲至830mm并持續(xù)較長一段時間，后緩慢下降，閘門落至全關(guān)位置后，回油箱油位逐漸降低至上次全關(guān)位置原始油位550mm。整個試驗過程無異常情況，證明了整個故障分析的正確性。

4 結(jié)論

閘門液壓啟閉機系統(tǒng)故障較大概率是由于液壓油引起，液壓油作為液壓系統(tǒng)中傳遞能量、潤滑、防腐蝕的重要角色，其品質(zhì)直接影響閘門液壓啟閉機系統(tǒng)的工作性能和使用壽命。液壓系統(tǒng)長期運行極易在其間的液壓油中產(chǎn)生微小的雜質(zhì)，而由于微小雜質(zhì)引起液壓系統(tǒng)產(chǎn)生故障和問題則常常被忽略。故要想提高液壓啟閉系統(tǒng)設(shè)備工作的穩(wěn)定性，除需定期對液壓系統(tǒng)中調(diào)速閥、糾偏閥等檢查、清洗外，更需要密切關(guān)注液壓啟閉機系統(tǒng)油質(zhì)變化情況，取樣化驗。根據(jù)油質(zhì)情況，有計劃性地對油箱進行清掃，清除長期運行期間回油箱內(nèi)空氣中水分與液壓油產(chǎn)生一定程度化學反應(yīng)后形成的酸、膠質(zhì)和油泥等雜質(zhì)，保證閘門液壓啟閉機可靠、安全運行。