某蓄能電廠調速器測壓閥改造分析探討

沈華哲，王志楠，胡德江

（南方電網調峰調頻發(fā)電有限公司檢修試驗分公司，廣東 廣州511400）

0 概述

水輪機調速器的基本任務是維持進入水輪機的水能與發(fā)電機輸出的電能平衡，維持水輪機輸出的電能頻率恒定，即在電網中參與一次調頻[1]，據國內20世紀80年代末統(tǒng)計資料表明，調速器機械、液壓系統(tǒng)故障約占調速器故障的60%以上[2]。

調速器系統(tǒng)測壓閥是調速器空放系統(tǒng)的主要部件之一，在機組運行中，主要作用是調整系統(tǒng)壓力，根據油罐壓力自動切換空載/負載狀態(tài)，以保證調速器壓力油罐壓力值在恒定范圍內，因此，測壓閥的穩(wěn)定性和可靠性對機組的穩(wěn)定運行具有十分重要的作用。此前，由于測壓閥自身結構等原因，多次導致該電廠機組開、停機失敗，甚至跳機等后果，因此，對該電廠調速器測壓閥的改造非常必要。

目前，針對此前調速器測壓閥卡澀故障統(tǒng)計分析原因，主要有：

（1）測壓閥的調整彈簧過長，作用力與閥針不在同一中心線上，再加上采用3根彈簧進行調整，使得彈簧作用力易發(fā)生傾斜，閥針受力不豎直，增加閥針上下活動的阻力。

（2）異物進入測壓閥閥針，使閥芯不能自由活動或閥芯中心油孔堵塞。

（3）測壓閥長期運行后，閥芯和閥針工作面磨損，配合不佳[3]。

針對該蓄能電廠A廠調速器測壓閥卡澀原因，從結構上對調速器的測壓閥進行了研究，初步提出改造方案。

1 測壓閥結構特點及工作原理

測壓閥結構（見圖1）：由外殼、中間活塞及閥芯、彈簧構成。

測壓閥動作壓力：6.2～6.4MPa。

1.1 空放系統(tǒng)負載時測壓閥工作原理

當工作油壓下降到設定值時（6.2MPa），作用在閥芯上端面的壓力不足以克服彈簧的收縮力，閥芯在彈簧力的作用下逐步上升到上限位置。這時，壓力油通過閥芯的上油孔與中間油孔再經過中間活塞的傾斜油孔到達上閥盤的上腔，使中間活塞向下運動到下限位置。中間活塞下降到下限位置時，其下閥盤打開連通空載閥壓力油的通道，壓力油到達空載閥接力器關閉腔，使空載閥關閉，實現(xiàn)補油。

1.2 空放系統(tǒng)空載時測壓閥工作原理

當工作油壓高于設定值時（6.4MPa），油壓作用于閥芯的上端面，使其克服彈簧的收縮力，處在下限位置；此時，中間活塞上閥盤的上腔通過閥芯的中間油孔和下油孔接通排油，中間活塞處在上限位置，同時，中間活塞的下閥盤封閉連通空載閥壓力油的通道，使空載閥開啟，油泵空載。

圖1 測壓閥內部結構

2 新型測壓閥結構及工作原理

由于該蓄能電廠B廠測壓閥的結構與A廠測壓閥結構及工作原理基本相同，并且B廠自投產以來調速器測壓閥工作穩(wěn)定，所以研究將A廠測壓閥換型為B廠測壓閥。

但是由于B廠調速器測壓閥的輸出與A廠的相反，即當調速器系統(tǒng)油壓低于6.2MPa需要補油時，B廠測壓閥的輸出為排油，而A廠測壓閥此時的輸出應為壓力油；當調速器系統(tǒng)油壓高于6.4MPa停止補油時，B廠測壓閥的輸出為壓力油，而A廠測壓閥此時的輸出應為排油。為了能滿足A廠測壓閥的輸出要求，需要在測壓閥與空載閥之間加裝1個液壓二位三通換向閥（見圖2）。

當工作油壓下降到設定值時，作用在閥芯下端面的壓力不足以克服彈簧的彈力，使得測壓閥閥芯下移，隔斷壓力油進入換向閥，使得換向閥下端面沒有壓力克服彈簧的彈力，換向閥閥芯下移，壓力油到達空載閥接力器關閉腔，使空載閥關閉，實現(xiàn)補油。

圖2 新型測壓閥液壓回路

當工作油壓高于設定值時，油壓作用于閥芯的下端面，使其克服彈簧的彈力，使得測壓閥下端油路接通，從而使壓力油進入換向閥下端面，克服彈簧彈力，使得換向閥閥芯上移，隔斷壓力油從換向閥進入空放閥上腔，使空載閥開啟，油泵空載。

3 測壓閥改造后調試

測壓閥改造完成后，進行調試并調整測壓閥動作壓力。實際測量動作壓力區(qū)間為6.094MPa（空載轉負載）～6.4MPa（負載轉空載）。調整時壓力測量采用的為壓力校驗儀，調整后3次動作壓力在調整的壓力區(qū)間均保持穩(wěn)定動作，動作壓力調整完成后，由運行人員將油位補充至接近EB油位，壓力調整為6.4MPa。

3.1 壓力油罐自動補氣原因分析

該蓄能電廠機組大修后進行多次升速試驗，1月21日，機組升速實驗過程中發(fā)現(xiàn)調速器壓力油罐先后出現(xiàn)5次自動補氣過程（見表1），并且后續(xù)在1月22日～1月25日的調試開機過程中，多次出現(xiàn)壓力油罐油位低于油位報警現(xiàn)象。

該過程初步分析，改造后新型測壓閥存在動作異常的現(xiàn)象從而導致無法在6.4MPa切換至空載致使油位一直上升至EB高油位，導致BS補氣電磁閥對壓力油罐進行補氣。

為驗證這一判斷，在1月22日～1月25日機組調試開機過程中，由運行人員將壓力油罐油位補充至接近EB油位，壓力調整為6.4MPa，并且由自動化人員配合，使用錄波儀對壓力油罐內部壓力進行監(jiān)測，觀察并記錄新測壓閥切換空/負載動作壓力及動作區(qū)間（見表1），測得新測壓閥切換空/負載壓力動作不穩(wěn)定，動作區(qū)間最大為0.46MPa，最小區(qū)間為0.18MPa，同時切換空載動作壓力最大值高達6.51MPa，壓力大于6.4MPa切換空載的次數達6次之多。

表1 新測壓閥切換空/負載動作壓力

結合以上結果查看該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，1月25日進行機組調試開機過程中，壓力油罐出現(xiàn)EB高油位報警信號，并且此時BS補氣電磁閥對壓力油罐進行補氣（見表2）。故可以判斷當壓力油罐壓力大于6.4MPa時，由于新測壓閥沒有及時切換空載進行排油，使得油泵持續(xù)向壓力油罐充油，以至于油位高于EB油位線，從而導致BS補氣電磁閥對壓力油罐進行補氣。

表2 Eventlog事件跟蹤

3.2 壓力油罐CF低油位原因分析

1月22日～1月25日機組調試開機過程中，多次出現(xiàn)壓力油罐油位低于CF油位報警現(xiàn)象。

1月29日，機組泵工況調試開機，由自動化人員配合，使用錄波儀對壓力油罐內部壓力進行監(jiān)測，觀察并記錄新測壓閥切換空/負載動作壓力及動作區(qū)間，并監(jiān)測壓力油罐油位變化情況，在此期間，分別出現(xiàn)2次高油位報警信號和六次CF低油位報警信號，并且在第1次高油位報警信號出現(xiàn)后沒有伴隨出現(xiàn)低油位報警信號，而在第2次高油位報警信號出現(xiàn)后，在隨后的一段時間內，伴隨出現(xiàn)6次低油位報警信號，根據錄播儀記錄的錄波波型以及該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，對此次調試過程中壓力油罐出現(xiàn)的CF低油位報警信號進行分析。

查看該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，第1次高油位報警信號出現(xiàn)在1月29日00：43，查看對應時間錄波，此時測壓閥動作區(qū)間為6.32（負載）～6.52MPa（空載），并且在此后出現(xiàn)第2次高油位報警信號之前，測壓閥動作區(qū)間均在0.2MPa左右（見表3）。第2次高油位出現(xiàn)在1月29月01：16，并在此后2個h內伴隨出現(xiàn)6次低油位報警信號，查看錄波儀錄波，6次出現(xiàn)低油位報警信號時測壓閥動作區(qū)間均在0.4MPa左右范圍內（見表3）。

表3 新測壓閥切換空/負載動作壓力

根據壓力油罐BS自動補氣原因分析，查看該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，出現(xiàn)2次高油位位報警信號后，隨后BS電磁閥對壓力油罐進行2次自動補氣，壓力油罐氣體增多，故導致壓力油罐內油位與所對應的油罐壓力發(fā)生改變，即在相同油罐壓力下，補氣后油罐油位低于初始狀態(tài)油罐油位。故測壓閥動作區(qū)間對應油位也會隨之整體下降。第1次由于測壓閥動作值大于6.4MPa時未及時切換空載，導致油位持續(xù)上升，BS補氣電磁閥進行補氣，當壓力升至6.52MPa時，測壓閥切換空載，停止充油，油罐油位和壓力隨機組各用戶用油而同時下降，由表3可見，第1次高油位報警信號出現(xiàn)后，此后幾次測壓閥動作區(qū)間均不超過0.2MPa，故當油位和壓力下降時，油位尚且不能達到CF油位以下時，油罐壓力已經到達測壓閥切換負載壓力值，測壓閥成功切換負載對油罐充油。故壓力油罐第1次出現(xiàn)高油位時沒有伴隨出現(xiàn)低油位報警信號。

第2次出現(xiàn)高油位現(xiàn)象時，測壓閥動作跟第1次狀態(tài)相似，均為測壓閥切換空載壓力值增大導致，壓力油罐進行了第2次自動補氣，此時油罐內氣體進一步增多，油罐油位對應相同壓力值進一步有所下降，由表3可見，第2次出現(xiàn)高油位報警信號時，測壓閥動作區(qū)間增大，基本保持在0.4MPa區(qū)間左右，由于相同壓力下，此時油位相對于充氣前有所下降，測壓閥動作區(qū)間對應油位也會隨之整體下降，故當測壓閥空載時，油罐油位和壓力隨機組各用戶用油而同時下降，由于此時測壓閥動作區(qū)間增大，當油位低于CF油位線以下時，油管內壓力值尚未達到測壓閥切換負載的動作值，無法切換負載，使得油位持續(xù)下降，故機組出現(xiàn)CF低油位報警信號。

4 結論

對該蓄能電廠調速器測壓閥改造后不滿足機組穩(wěn)定運行的原因進行分析，認為：

（1）參考多次監(jiān)測數據，由于新型測壓閥切換空/負載動作值不穩(wěn)，在壓力油罐壓力大于6.4MPa時不能及時切換空載，導致壓力油罐高油位報警，觸發(fā)補氣電磁閥自動補氣，是此次改造失敗的主要原因。

（2）由于新型測壓閥動作區(qū)間在0.2～0.4MPa左右之間變化不穩(wěn)定，導致壓力油罐油位在低于CF油位時仍不能切換負載，導致出現(xiàn)低油位報警，也是此次改造失敗的另一個重要原因。

水輪機調速器作為水電廠重要的控制設備之一，其可靠性是至關重要的，在進行設備改造的過程中，不但要進行廣泛的調查研究，選好設備的型號，而且還要對設計廠家生產的產品仔細研究分析，根據自身特點，努力完善其功能，進一步提高運行可靠性，從而達到最終實現(xiàn)安全生產的目的[4]。