浙江仙居抽水蓄能電站蠕動檢測裝置故障誤碰機械過速保護分析及處理

付 強，陸小康，嚴劍衛(wèi)

（1.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江省臺州市 317300；2.蘇州市吳江區(qū)太浦河工程管理所，江蘇省蘇州市 215200）

0 引言

浙江仙居抽水蓄能電站安裝4臺375MW抽水蓄能機組，總裝機容量為1500MW，年平均發(fā)電量為25.125億kWh，年平均抽水電量為32.63億kWh。水泵水輪機為立軸、單級、混流可逆形式，額定水頭447.0m，額定轉(zhuǎn)速375r/min。蠕動檢測裝置作為保護機組各部軸瓦特別是防止推力瓦燒瓦的關(guān)鍵部件，仙居抽水蓄能電站蠕動檢測裝置型號為RDA-8mm（檢測蠕動信號精度為1.5°）。

蠕動檢測裝置投退工作原理[1]：機組停機后監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)投入命令，電磁空氣閥動作至交叉位，壓力氣源進入蠕動檢測裝置投入腔供氣管。在氣壓的作用下投切器動作，帶動凸輪摩擦盤與大軸接觸貼緊（有少許接觸壓力），同時送出蠕動投入信號（投入腔壓力開關(guān)動作），此時若大軸發(fā)生蠕動，凸輪摩擦盤在摩擦力的作用下偏轉(zhuǎn)動作，發(fā)出大軸蠕動報警信號并啟動高壓油頂起裝置[2]，見圖1。

機組啟動監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)退出命令，電磁空氣閥動作至平行位，蠕動檢測裝置接通排氣管。氣壓丟失，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤在彈簧的作用下退出（遠離大軸），同時壓力開關(guān)動作復(fù)歸送出蠕動投入復(fù)歸信號。蠕動檢測裝置投退工作原理見圖1。

基本參數(shù)：

型式：氣動機械凸輪摩擦盤接觸式；

氣源壓力：0.5～0.8MPa；

行程：8mm；

轉(zhuǎn)速：375r/min；

軸徑 ：1150mm 。

圖1 蠕動檢測裝置投退工作原理（單位：mm）Figure 1 Operating principle of creep detection device（unit：mm）

1 事件經(jīng)過

2019 年某月某日，4號機組抽水運行期間，3號機組在抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程時轉(zhuǎn)輪室回水排氣，排出的氣體通過DN500的全廠公用排氣總管排往廠內(nèi)集水井。由于該總管與4臺機組蠕動檢測裝置排氣管路也相連，3號機轉(zhuǎn)輪室排氣經(jīng)總管返氣進入4號機蠕動檢測裝置，導(dǎo)致其非正常投入，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤與旋轉(zhuǎn)的大軸接觸發(fā)生碰撞摩擦斷裂（見圖2），甩出后撞擊到附近的機械過速裝置[3]，過速保護誤動4號機機械跳機。

圖2 摩擦盤碰撞摩擦斷裂Figure 2 Friction disk collision friction fracture

2 現(xiàn)場檢查

在機組大軸發(fā)電方向蠕動時，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤由于靜摩擦順時針聯(lián)動，通過磁性感應(yīng)位置開關(guān)送出蠕動報警信號（同時機組啟動高壓油頂起裝置）。蠕動檢測裝置結(jié)構(gòu)見圖3。

磁鐵下部凸輪限位螺釘做限制和固定用，若機組抽水方向蠕動檢測裝置誤投入，凸輪摩擦盤由于限位螺釘?shù)拇嬖跓o法逆時針聯(lián)動，將與大軸產(chǎn)生動摩擦，極易導(dǎo)致凸輪摩擦盤前段磨損和相關(guān)固定螺釘?shù)钠茐摹?/p>

拆解損壞蠕動檢測裝置（見圖4）時，發(fā)現(xiàn)行程桿上有較明顯劃痕和摩擦痕跡，說明蠕動檢測裝置投退過程存在卡澀；觀察凸輪摩擦盤前端磨損情況，分析由于蠕動檢測裝置在機組抽水態(tài)誤投或退出不到位，凸輪摩擦盤與大軸產(chǎn)生動摩擦形成明顯磨損，同時A處長期摩擦使凸輪摩擦盤固定螺釘和限位螺釘受到剪切疲勞損傷[4]甚至斷裂，凸輪摩擦盤偏轉(zhuǎn)至B處摩擦，摩擦力相應(yīng)增大，是蠕動檢測裝置損壞的直接原因。

查看工業(yè)電視4號機組歷史視頻發(fā)現(xiàn)：

11時6 分2 號機組、11時20分4號機組以及11時35分3號機組抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水轉(zhuǎn)輪室回水排氣階段，4號機組蠕動檢測裝置均會向大軸方向動作（監(jiān)控出現(xiàn)4號機組蠕動檢測裝置投入信號），動作后蠕動檢測裝置返回速度慢且返回量偏小。

5月6 日晚，選擇3號機組停機時進行壓水排氣試驗[5]。回水排氣時，3號機組蠕動檢測裝置投入腔管路壓力為0.30～0.45MP之間，蠕動檢測裝置動作投入（壓力開關(guān)未動作，無蠕動檢測裝置投入信號），隨后蠕動檢測裝置緩慢退出，持續(xù)投入時間約15s。

查詢歷史簡報，發(fā)現(xiàn)2、3、4號機組夜間抽水均存在調(diào)相排氣返氣造成的蠕動檢測裝置投入信號，1號機組出現(xiàn)較少，分析與機組排水口距離相關(guān)（排氣總管出氣口位于集水井靠近1號機組側(cè)）。

綜上分析可以確定故障點：3號機組轉(zhuǎn)輪室排氣經(jīng)總管返氣進入4號機組蠕動檢測裝置導(dǎo)致其非正常投入，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤與旋轉(zhuǎn)的大軸接觸發(fā)生碰撞摩擦斷裂，甩出后撞擊到附近的機械過速裝置，過速保護誤動跳機[6]。

圖3 蠕動檢測裝置結(jié)構(gòu)Figure 3 Peristaltic detection device structure

圖4 拆解損壞蠕動檢測裝置Figure 4 Disassemble the damaged peristaltic detection device

3 問題分析及處理

3.1 問題分析

上述故障現(xiàn)象和原因暴露出該電站蠕動檢測裝置存在以下問題：

（1）蠕動檢測裝置選型設(shè)計不合理：蠕動檢測裝置采用機械接觸式，投入時凸輪與大軸直接接觸，容易磨損。

（2）管路設(shè)計不合理：蠕動檢測裝置排氣管路直接與全廠公用排氣總管連接在一起，未設(shè)置逆止閥，存在排氣總管返氣導(dǎo)致蠕動裝置誤投風(fēng)險。

3.2 問題處理

（1）將4臺機組蠕動檢測裝置和管路拆除，分離全廠排氣總管與蠕動檢測裝置排氣管并封堵；

（2）采取調(diào)速器測速信號（1%轉(zhuǎn)速）作為其蠕動信號源。

4 優(yōu)化改進

目前接觸式蠕動檢測裝置具有先天性安全隱患，同時當(dāng)前電站調(diào)速器32齒齒盤測量精度不足，擬改造為非接觸式蠕動檢測裝置[7]。原理為利用接近式傳感器（1個或2個）靠近“齒盤”，通過監(jiān)測波形的變化判斷蠕動的發(fā)生。

4.1 改造方案1（調(diào)速器實現(xiàn)方案）

更換現(xiàn)有齒盤：32齒→128齒，機械過速飛擺和配重塊安裝尺寸不變；更換新測速探頭[8]，見圖5。

軟件實現(xiàn)：在調(diào)速器電氣柜程序?qū)崿F(xiàn)判斷蠕動的發(fā)生。

圖5 改造方案1（單位：mm）Figure 5 Transformation Plan 1（unit：mm）

特點：避免機械接觸式缺點，不增加額外的設(shè)備空間，整體改動少。

4.2 改造方案2

在水輪機軸上裝設(shè)一個全新極帶；極帶附近新增加兩個接近式傳感器；需要外裝T601二次儀表。

特點：功能相對獨立，避免機械接觸式缺點，需要增加轉(zhuǎn)動部件設(shè)備和控制柜。

4.3 改造方案3

在現(xiàn)有齒盤上表面間距排列黑白條紋（128個）；新增加兩個接近式傳感器；在恰當(dāng)?shù)目刂乒衩姘迳祥_孔裝設(shè)二次儀表（見圖6）。

特點：功能相對獨立，避免機械接觸式缺點，需要增加轉(zhuǎn)動部件設(shè)備和控制柜。

圖6 改造方案3Figure 6 Transformation Plan 3

通過對精度要求，設(shè)備復(fù)雜度、成本控制和安全性的比較分析，最終選擇方案1，在原有調(diào)速器測速系統(tǒng)基礎(chǔ)上開展優(yōu)化改造。

5 結(jié)束語

造成仙居抽水蓄能電站蠕動檢測裝置磨損脫落的主要原因為選型不合理，接觸式蠕動檢測裝置存在先天性安全隱患，運行人員以及設(shè)備的安全無法得到保證。通過對蠕動檢測裝置的改造，由接觸式改為非接觸式結(jié)構(gòu)，以及對控制流程的完善，有效解決了蠕動測速問題，保障了電站的安全穩(wěn)定運行。