壓油裝置油泵電機過載啟動原因分析與處理

覃祚權(quán)，黃 銀，游太穩(wěn)

（貴州烏江水電開發(fā)有限公司構(gòu)皮灘發(fā)電廠，貴州 遵義564408）

0 引言

調(diào)速器系統(tǒng)是水電廠重要的水力機械輔助設(shè)備，是水輪發(fā)電機組啟動、停止、調(diào)節(jié)出力的動力源，事故情況下，通過其事故回路，動作導(dǎo)水機構(gòu)，從而實現(xiàn)快速停機。為保障設(shè)備安全運行，需要靠壓油泵快速供油，使調(diào)速器系統(tǒng)壓力恢復(fù)到設(shè)計值范圍內(nèi)。因此為了快速恢復(fù)調(diào)速器系統(tǒng)壓力，將選用功率較大的壓油泵和電機，當(dāng)油泵電機全壓啟動時啟動電流就會過大，勢必會對廠用電系統(tǒng)造成更大的沖擊。該廠壓油裝置壓油泵啟動回路采用軟啟動器，該軟啟動器使用調(diào)壓裝置在規(guī)定的啟動時間內(nèi)，自動地將啟動電壓連續(xù)、平滑地上升到額定電壓，此時電機的轉(zhuǎn)矩就會平滑地增大，一直到轉(zhuǎn)矩為最大值1N·m時為止，啟動過程結(jié)束。這樣就會減小啟動電流沖擊，使電機轉(zhuǎn)速逐漸上升，避免沖擊廠用電系統(tǒng)引起跳閘。

1 系統(tǒng)簡介

構(gòu)皮灘水電廠壓油裝置有兩套相同的電機泵組和一套增壓泵組，當(dāng)機組在運行工況時，一套油泵做間斷運行，另一套作為備用，兩套主油泵互為備用。一套增壓泵作間斷運行，主油泵根據(jù)壓油罐內(nèi)的壓力變化啟動或停止，壓油裝置由空氣罐、壓油罐、壓油泵、組合閥（安全閥、卸載閥及單向閥）、壓油泵出口閥和系統(tǒng)管路組成（如圖1）。在壓油泵控制回路中采用型號為Altistart 48軟啟動器進(jìn)行控制。

圖1 壓油裝置示意圖

2 故障現(xiàn)象及原因分析

2019年12月，在2號機組壓油裝置檢修完成后的恢復(fù)建壓過程中，當(dāng)壓油罐油位為2/3額定油位，空氣罐壓力為5.0MPa時，手動啟動1號壓油泵后發(fā)生因油泵電機過載，導(dǎo)致的機組自用電Ⅰ段壓油裝置開關(guān)過流保護動作跳開故障。油泵過載現(xiàn)象是由于電動機電流過大引起泵體的軸功率大于額定功率所致。在軟啟動器控制面板顯示“過載”保護動作，下面對可能引起軟啟動器報“過載”的故障原因進(jìn)行分析。

（1）泵組故障原因排查

1）主動螺桿、從動螺桿的棱角有毛刺和飛邊，接觸不良或油泵軸承損壞等原因造成油泵螺桿發(fā)生損壞卡死時，啟動電機會直接導(dǎo)致電機過載。檢修時解體泵頭，檢查主動螺桿和從動螺桿未發(fā)現(xiàn)有變形和異常磨損情況，軸套無偏磨現(xiàn)象，磨損程度正常；軸承檢查無異常磨損和晃動；油泵骨架密封壓蓋無過緊情況。

2）油泵進(jìn)油濾網(wǎng)被堵塞或回油箱油位過低。檢修時對回油箱內(nèi)部進(jìn)行檢查，濾網(wǎng)完好無異常堵塞，回油箱油位正常。

3）油泵與電機軸線不同心。檢修時對油泵和電機解體，發(fā)現(xiàn)泵軸與電機軸配合正確，油泵和電機安裝后水平均滿足要求，整體裝復(fù)后盤車靈活無卡阻。

（2）電機及軸承故障原因排查

1）對泵組電動機定子線圈絕緣檢測，絕緣電阻≥0.5MΩ，電機軸承位無異響，中心軸旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，確認(rèn)電機無異常，排除電機定子絕緣不合格的可能。

2）檢修時對油泵電機的一次電纜及接頭試驗并檢查，電纜絕緣電阻合格，接頭牢固無異常燒損現(xiàn)象，上電后檢查電壓正常未發(fā)現(xiàn)缺相情況。

（3）軟啟動器參數(shù)設(shè)置不合理排查

軟啟動器參數(shù)設(shè)置不合理，會導(dǎo)致因瞬時電流過大，機組自用母線電壓造成過大沖擊，不僅會造成電機繞組過熱引起絕緣損壞，同時過大的啟動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機械沖擊，對被帶動的設(shè)備造成更大的沖擊力，造成機械傳動部件的非正常磨損，縮短壽命。

該壓油裝置采用施耐德產(chǎn)品，型號為ATS48C32Q

軟啟整定電流：477A

限制電流：400%×210A=840A

加速斜坡：15s

啟動力矩：額定力矩的20%

壓油泵電機額定電流為210A，軟啟動器額定電流約等于電機額定電流2倍，滿足現(xiàn)場壓油裝置油泵電機運行要求，故排除由于軟啟動器參數(shù)設(shè)置不符合現(xiàn)場要求造成的電機過載啟動。

（4）組合閥故障排除

1）控制電磁閥檢查。對控制電磁閥閥座進(jìn)行解體檢查，閥芯無異常磨損和劃痕，動作靈活無卡阻；測量控制電磁閥線圈電阻值正常。

2）組合閥閥體檢查。閥芯表面無異常磨損和劃痕，裝復(fù)后位置調(diào)速螺栓恢復(fù)檢修前距離，閥芯動作靈活無卡塞，閥芯位位置指示滑動輪檢查正常，固定銷栓無脫落，閥芯位置指示裝置動作正常無卡塞。

（5）泵組電機“啟動/停止”與組合閥“加載/卸載”操作控制流程不完善

壓油裝置液壓系統(tǒng)如圖2所示，壓油裝置組合閥由安全閥、單向閥和卸荷閥組成，組合閥與油泵工作原理如下：

圖2 壓油裝置液壓系統(tǒng)

壓油裝置壓力油泵在泄壓狀態(tài)時，電磁閥是兩位四通閥，壓油裝置電磁閥線圈2饋電，電磁閥通路狀態(tài)為P接口、A接口與F控制管路壓力油截斷，接口T、接口B與D控制管路相接至回油箱。卸荷閥是兩位兩通閥，卸荷閥控制腔3與D控制回路相通至回油箱，卸荷閥控制腔4與E控制管路相通至油泵出口壓力油，卸荷閥閥芯在控制腔3與控制腔4壓差條件下，卸荷閥接口P與接口T相通至回油箱。此時，整個壓油裝置組合閥處于油泵電機啟動前的卸荷狀態(tài)，當(dāng)油泵電機啟動時，不會造成油泵電機過載啟動。

壓油裝置壓力油泵在加載時，壓油裝置電磁閥線圈1饋電，電磁閥通路狀態(tài)下F控制管路、D控制管路至卸荷閥控制腔3相通，控制腔3與控制腔4在壓差條件下閥芯動作將卸荷閥接口T與接口P截斷，壓力油經(jīng)油泵出口、單向閥至壓力油罐，壓力罐壓力升至停泵壓力時，電磁閥線圈2饋電，電磁閥閥芯導(dǎo)通卸荷閥引導(dǎo)卸荷閥閥芯投入卸荷通路，然后油泵電機停止運行。

通過上述壓油裝置液壓系統(tǒng)原理分析，導(dǎo)致油泵電機過載啟動可能原因分析如下：

（1）油泵電機啟動之前，控制電磁閥閥芯在“加載”通路，而卸荷閥閥芯在“卸荷”通路。將電磁閥手動切至“加載”位置，通過啟動油泵電機實驗，并未發(fā)現(xiàn)油泵電機發(fā)生過載啟動現(xiàn)象，電機正常運轉(zhuǎn)。

（2）油泵電機啟動之前，電磁閥閥芯在“卸載”通路，卸荷閥閥芯在“加載”通路。通過對壓油裝置泄壓前的狀態(tài)分析，壓油裝置泄壓前組合閥處于正常的“泄載”回路，當(dāng)空氣罐內(nèi)空氣壓力泄壓為零時，組合閥卸荷閥閥芯處于“卸載”通路，沒有壓力源使得卸荷閥閥芯處于“加載”通路，并且，通過驗證試驗，將卸荷閥處于“加載”狀態(tài)，電磁閥切至“卸載”位置，啟動油泵電機，電機正常啟動后，卸荷閥復(fù)歸至“卸載”通路，油泵電機并未出現(xiàn)異常情況。

（3）油泵電機啟動前，電磁閥閥芯在“加載”通路，卸荷閥閥芯在“卸載”通路。在壓油裝置建壓過程中隨著空氣罐內(nèi)不斷注入壓縮空氣，使得罐內(nèi)壓力升高，由于電磁閥閥芯“加載”已接通，F(xiàn)控制回路隨著空氣罐內(nèi)的空氣壓力一起升高，組合閥F控制回路、D控制回路及卸荷閥控制腔3相通。因此，當(dāng)空氣罐內(nèi)壓力升高時，導(dǎo)致卸荷閥控制腔3逐漸帶壓，成有壓控制腔，而控制腔4為無壓控制腔，在壓差條件下緩慢將卸荷閥閥芯切入“加載”通路，這時如果啟動油泵電機，會造成電機過載啟動。

3 對策措施

（1）泵組及組合閥檢修后的要求

1）油泵檢修過程中應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書逐一對零部件進(jìn)行檢查、修復(fù)和更換，檢修后按要求進(jìn)行裝復(fù)，并進(jìn)行泵組盤車試驗，以防止因油泵檢修后內(nèi)部組件裝配不合格引起的機械卡死引發(fā)油泵電機過載啟動。

2）組合閥檢修過程中對閥芯進(jìn)行全面檢查，如發(fā)現(xiàn)閥芯表面存在劃痕和毛刺需要進(jìn)行打磨修復(fù)或更換，端蓋調(diào)節(jié)螺栓在檢修前測量其調(diào)整值，作為檢修后恢復(fù)的基準(zhǔn)；檢查閥芯位置指示裝置動作正常，滑動輪固定銷釘無變形和脫落。組合閥裝復(fù)前人為手動動作閥芯應(yīng)靈活無卡塞，位置指示裝置動作正常。

（2）對電機檢修后的要求

油泵電機檢修后，要測量定子線圈絕緣電阻值，檢測結(jié)果滿足絕緣電阻≥0.5MΩ要求，將電機軸與泵軸解體，人為手動對電機軸進(jìn)行盤車，電機軸應(yīng)無明顯卡塞或異響，檢查電機轉(zhuǎn)子及定子外觀無損傷情況，加裝電機與油泵軸聯(lián)接后，空載點動啟動泵組，確保電機運行聲音正常，電流在正常范圍。

（3）滿足軟啟動器設(shè)置要求

泵組電機的啟動初始階段，軟啟動器的輸出電壓迅速增加，啟動電流按設(shè)定的上升速率逐漸增大，到達(dá)設(shè)定值后，保持恒流狀態(tài)，直至啟動完畢。啟動電流的上升率是根據(jù)泵組負(fù)載需要進(jìn)行調(diào)整，電流上升速率高，則啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動時間短。但是，啟動轉(zhuǎn)矩過大，啟動時間過短則導(dǎo)致啟動電流過大，對機組自用電母線電壓以及泵組機械部分造成沖擊，因此軟啟動器的整定電流、限制電流、加速斜坡、啟動力矩等參數(shù)進(jìn)行符合現(xiàn)場要求的設(shè)置，避免因軟啟動器的參數(shù)配置不合理造成泵組電機的誤過載啟動現(xiàn)象。

（4）壓油裝置建壓邏輯流程優(yōu)化

在壓油裝置恢復(fù)建壓過程中，通過查找原因排除分析利用現(xiàn)場模擬故障狀態(tài)，通過油泵加載、卸載試驗，模擬試驗故障狀態(tài)與實際故障狀態(tài)一致。由此判斷出，造成油壓裝置建壓過程中發(fā)生油泵電機過載啟動的原因：①壓油裝置組合閥加載供油后未切至卸載位置，導(dǎo)致空氣罐補氣過程中隨著罐內(nèi)壓力逐漸上升將組合閥閥芯緩慢推動至加載位置，在下一次啟動油泵時造成過載啟動及開關(guān)過流保護動作故障。②現(xiàn)場建壓人員對壓油裝置加載、卸載邏輯原理了解不透徹，壓油裝置檢修后恢復(fù)建壓流程不熟悉，存在流程漏項。

通過對壓油裝置組合閥液壓原理分析和操作流程（圖3部分操作項）梳理，得出以下結(jié)論：機組檢修后調(diào)速器恢復(fù)建壓過程中，初次利用油泵往壓油罐供油，只需啟動油泵電機便可以直接往壓油罐內(nèi)充油，不需再次投入組合閥加載，此時投入組合閥加載對充油過程無任何影響，因此可優(yōu)化操作流程，取消圖3中 40、41、43、44項操作；如保留油泵初次啟動后的組合閥加載操作，在供油結(jié)束時必需手動卸載油泵，嚴(yán)禁只將控制把手直接放至切除狀態(tài)。

圖3 部分建壓操作流程

4 效果評估

在2020年汛前1、3、4號機組的檢修過程中，通過對組合閥操作流程優(yōu)化，減少了壓油裝置恢復(fù)建壓操作步驟，有效地避免了因操作控制流程不完善造成的油泵電機過載啟動故障，這不但延長了設(shè)備使用壽命，還提高了設(shè)備安全穩(wěn)定運行能力，同時還降低了因故障帶來的人力維護成本、設(shè)備檢修成本等。

5 結(jié)語

水電廠壓油裝置是電廠的主要輔助設(shè)備，其運行故障直接危及調(diào)速器設(shè)備安全。該裝置的優(yōu)化建壓流程和故障排除是水電技術(shù)的重點內(nèi)容，本文深入分析了機組壓油裝置壓油泵電機空開跳閘導(dǎo)致壓油裝置失電事件的直接原因和間接原因，對壓油裝置檢修后恢復(fù)建壓的操作流程進(jìn)行針對性的優(yōu)化和完善，開展泵組故障的分析工作，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，對避免機械事故的發(fā)生，延長泵組的使用壽命，都具有重要的意義。同時，在機組壓油裝置恢復(fù)過程中，因消除了類似事故造成設(shè)備損壞和危及機組安全運行的隱患，對水電廠的安全經(jīng)濟運行有直接影響，本文有一定的借鑒意義。