大朝山調(diào)速器油泵頻繁啟動原因分析及處理

羅海龍

（國投云南大朝山水電有限公司，云南 昆明650213）

0 引言

大朝山水電站位于云南省西部瀾滄江中下游河段，大壩右岸的地下廠房共設(shè)計安裝有6臺混流式水輪發(fā)電機組，每臺發(fā)電機組額定容量為225 MW，總裝機容量為1 350 MW，首臺機組于2001年12月投產(chǎn)發(fā)電，2003年10月6臺機全部建成并網(wǎng)發(fā)電，向云南電網(wǎng)和西電東送工程輸送強大電流，現(xiàn)已成為云南電網(wǎng)主要調(diào)峰調(diào)頻電廠之一。

水輪機調(diào)速器承擔(dān)著機組開停機、并網(wǎng)發(fā)電、轉(zhuǎn)速控制、增減機組出力、事故緊急停機等各類復(fù)雜工況的重要任務(wù)，調(diào)速器油泵是為調(diào)速器導(dǎo)葉接力器動作提供能量的重要設(shè)備之一，油泵的頻繁啟動不僅會降低油泵的利用壽命，還會造成廠用電量的增加，加快壓力油的劣化速度，對發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行構(gòu)成一定威脅。

1 概述

油壓裝置主要作用是為調(diào)速器系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力油源，是調(diào)速器穩(wěn)定動作的重要條件，油壓裝置包含：壓力油罐、回油箱、螺桿泵、電動機、插裝式組合閥組、自動補氣裝置、過濾器等設(shè)備。我廠調(diào)速器油壓裝置型號為YZ-12.5-4，每臺機1套，壓力油罐工作介質(zhì)為壓縮空氣和L-TSA32防銹汽輪機液壓油，油壓裝置額定工作油壓為4.0 MPa，配套設(shè)置了額定壓力5.0 MPa的高壓氣系統(tǒng)，設(shè)置了2個高壓壓力儲氣罐（2×3 m3）和2臺英格索蘭公司生產(chǎn)的H15 T2 XB25/80-FF型空氣壓縮機，壓力氣罐設(shè)置有一套西安江河電站技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的B302-2型自動補氣裝置，通過自動補氣裝置或手動補氣方式給壓力油罐補氣。根據(jù)機組導(dǎo)葉接力器腔體體積、活動導(dǎo)葉最快關(guān)閉時間、壓力管道承受最大水錘壓力、接力器最低操作油壓等因素，經(jīng)過調(diào)速器工作壓力罐容積計算，最終選用圓筒式壓力油罐，容積為12.5 m3，額定工作油壓為4.0 MPa，回油箱容積12.5 m3，容油量6 m3。在回油箱面板上布置了2臺LY-10-4型螺桿泵，額定功率75 kW，單臺油泵供油量10 L/s，每套油泵出口配置了1套德國博世-力士樂公司生產(chǎn)的組合式插裝閥組，閥組是一個具有單向逆止、延時加載、安全溢流及卸荷旁通等作用的多功能集合閥組，是油壓裝置非常重要的部件。當(dāng)油壓降至3.6 MPa且油位低于680 mm時啟動工作油泵，當(dāng)油壓降至3.5 MPa且油位低于680 mm時啟動備用油泵，若備用泵啟動且油壓繼續(xù)降低，直至低于事故低油壓2.8 MPa時，立即發(fā)信號至監(jiān)控系統(tǒng)，若持續(xù)時間大于1 s（防止油壓采集回路及變送回路受外部瞬時干擾造成保護(hù)誤動），則通過控制柜內(nèi)兩塊硬壓板分別送至機組現(xiàn)地LCU和后備保護(hù)PLC觸發(fā)機械事故停機流程。

機組調(diào)速器均采用東方電機公司生產(chǎn)的HGS-X20型數(shù)字式微機調(diào)速器電氣柜和HGS-H21-150-4.0型全液控機械柜。為防止機組過速發(fā)生飛逸事故，在機組導(dǎo)葉接力器的主供油回路中加裝了東方電機公司生產(chǎn)的GC/DG-150型事故配壓閥，事故配壓閥的操作油路、控制油路與調(diào)速器機械柜的油路相互獨立，事故配壓閥沒有設(shè)置一個獨立的事故壓力油罐。

2 油泵頻繁啟動原因分析

調(diào)速器油泵頻繁啟動的原因多種多樣，既有油壓裝置機械結(jié)構(gòu)的原因，也有油泵啟動控制回路的原因，根據(jù)多年運行檢修經(jīng)驗，歸納下來主要包含以下幾個方面：

2.1 調(diào)速器主配壓閥間隙偏大、密封不嚴(yán)

機械柜結(jié)構(gòu)上采用電液伺服比例系統(tǒng)，其中主配壓閥是最為核心的機械液壓部件，主配壓閥的加工精度、裝配質(zhì)量、控制精度、使用環(huán)境溫度變化等因素直接影響著調(diào)速器調(diào)節(jié)性能。如圖1所示，主配壓閥由閥芯和閥套組成，直徑150 mm，最大工作行程±10 mm，主閥在最大工作行程時活塞漏油量要求小于0.5 L/min，從機構(gòu)原理上看是一個三位四通閥，主配壓閥采用立式安裝，與臥式安裝相比閥芯在重力作用下閥芯和閥套間油膜均勻，不易發(fā)生卡澀。當(dāng)液壓油中含有雜質(zhì)時，液壓油進(jìn)入主配壓閥，將會對閥芯或閥套造成明顯劃痕，在開關(guān)導(dǎo)葉時，上下腔存在壓差，將會在劃痕處形成射流，加劇劃痕深度和寬度；當(dāng)液壓油油質(zhì)不合格時，會導(dǎo)致主配壓閥內(nèi)壁產(chǎn)生銹蝕或砂眼，造成閥芯和閥套的間隙增大超標(biāo)，導(dǎo)致漏油加劇，最終造成油泵頻繁啟動補油。

2.2 導(dǎo)葉接力器密封不嚴(yán)，存在漏油現(xiàn)象

導(dǎo)葉接力器采用雙直缸式，接力器活塞直徑700 mm，動作行程830 mm，活塞采用漲環(huán)密封形式，規(guī)定接力器缸與活塞間的漏油量不得超過0.53 L/min，我廠曾出現(xiàn)過下面幾次因接力器問題導(dǎo)致漏油增大的事件：

（1）3號機組檢修過程中發(fā)現(xiàn)上游側(cè)導(dǎo)葉接力器端蓋出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，檢查主要是廠房-X方向端蓋把緊螺絲4顆出現(xiàn)松動原因造成，重新將螺絲緊固后，間隙由之前的19 mm調(diào)整為18 mm，并將頂絲把緊，經(jīng)過處理后5 d均未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。但是在某晚間機組停機后發(fā)現(xiàn)漏油加大，漏油幾乎成線狀。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)廠房-X方向4顆螺絲松動，用手可以擰動，而廠房+X方向4顆螺絲較緊，后將所有螺絲緊固，測量端蓋間隙，廠房-X方向為15～16 mm，靠廠房+X方向為17 mm。分析出現(xiàn)此情況的原因，是在機組檢修時更換端蓋4道V型密封，在安裝過程中出現(xiàn)受力不均勻，導(dǎo)致端蓋間隙不均勻，造成漏油增大。

圖1 主配壓閥裝配圖

（2）某日巡檢時發(fā)現(xiàn)2號機組水車室上游側(cè)調(diào)速器導(dǎo)葉接力器漏油，在機組檢修時檢查發(fā)現(xiàn)，接力器關(guān)腔排油管堵頭環(huán)形焊縫上有一個較大的滲油點，對滲漏點進(jìn)行補焊并對接力器關(guān)腔進(jìn)行耐壓試驗檢查不再漏油。

（3）發(fā)現(xiàn)4號機組調(diào)速器上游側(cè)導(dǎo)葉接力器開腔操作油管法蘭輕微滲油。機組檢修時拆開滲油法蘭檢查，發(fā)現(xiàn)法蘭密封處有長度30 mm的破損，滲油由此引起，更換法蘭密封并經(jīng)充壓力油檢查已無滲油。

2.3 主配壓閥位置反饋故障

調(diào)速器導(dǎo)葉接力器上安裝有三路MTS型位移傳感器，其中一路送至機組LCU，另外兩路將全開全關(guān)信號轉(zhuǎn)化為4～20 mA電流信號輸出至調(diào)速器電氣柜，在電氣柜經(jīng)信號隔離模塊轉(zhuǎn)為2～10 V電壓信號用于調(diào)速器A/B通道控制。當(dāng)主用位移傳感器故障后，切至備用傳感器運行，當(dāng)兩路傳感器均故障后，則切換通道，當(dāng)兩個通道導(dǎo)葉位移傳感器測量均故障時則自動切至現(xiàn)地機械手動控制方式。主配壓閥僅采用一路LVDT型電磁非接觸式位移傳感器，該傳感器將主配壓閥±10 mm的位移轉(zhuǎn)換為±10 V電壓信號輸出至調(diào)速器電氣柜。

調(diào)速器隨動控制系統(tǒng)有兩個閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)，一個是由主閥位置反饋構(gòu)成的內(nèi)環(huán)控制，另一個為導(dǎo)葉位置反饋構(gòu)成的外環(huán)控制（部分廠站稱作大環(huán)、小環(huán)控制），經(jīng)過處理計算后輸出控制信號作用于伺服比例閥以達(dá)到控制導(dǎo)葉開度目的，實現(xiàn)調(diào)速器的自動調(diào)節(jié)。因?qū)~接力器有兩路位移傳感器，互為備用，某一路斷線或燒毀時輸出電流會變?yōu)? mA，反饋不在4～20 mA范圍，調(diào)速器較為容易判斷反饋是否正確，但主閥位移傳感器僅一路，發(fā)生斷線、燒毀和主配正常情況回中時輸出電壓信號均為0 V，該值處在監(jiān)測的正常范圍，調(diào)速器不易判斷故障和報警。國內(nèi)曾發(fā)生多次因主配壓閥反饋故障導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)生抽動和功率波動的事件，下面將簡單說明主配壓閥反饋故障導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)生抽動的原因。

圖2為我廠調(diào)速器隨動系統(tǒng)控制原理圖，當(dāng)機組檢修或隨機組運行主閥反饋發(fā)生零飄，即主閥實際已回中，但反饋不為零，即判斷向開或關(guān)方向漂移；當(dāng)調(diào)速器接收到有功負(fù)荷設(shè)定或?qū)~開度設(shè)定指令時，調(diào)速器控制系統(tǒng)經(jīng)過功率模式或開度模式PID運算，將PID計算輸出至隨動控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)，即給定一個新的導(dǎo)葉開度值。在外環(huán)控制環(huán)節(jié)，新的導(dǎo)葉開度給定值與導(dǎo)葉位置反饋值進(jìn)行差值運算，并經(jīng)過系數(shù)K0的調(diào)整，形成主閥位置給定值，進(jìn)入內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)。在內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)，由于主閥位置反饋信號存在偏差，將造成調(diào)速器輸出超調(diào)，隨之造成導(dǎo)葉超調(diào)，外環(huán)控制環(huán)節(jié)輸出反向調(diào)整命令調(diào)整導(dǎo)葉開度，而在進(jìn)入內(nèi)環(huán)控制后，導(dǎo)葉反向調(diào)節(jié)又會超調(diào)，如此反復(fù)，形成循環(huán)，造成導(dǎo)葉反復(fù)來回動作。當(dāng)主閥位移傳感器燒毀或信號回路斷線時，將會造成反饋為0 V，保持此值不變，內(nèi)環(huán)控制實質(zhì)已變成開環(huán)控制，將加劇調(diào)速器超調(diào)現(xiàn)象。最終造成主閥抽動，導(dǎo)葉動作頻繁，壓力油使用增加，輕則發(fā)生頻率波動，重則機組發(fā)生功率振蕩，甚至機組因?qū)~動作頻繁造成調(diào)速器壓油裝置油壓過低事故停機。

圖2 調(diào)速器隨動系統(tǒng)控制原理圖

2.4 油泵出口組合式插裝閥組調(diào)整不到位或故障

如圖3所示，油泵出口組合式插裝閥組由單向逆止閥、卸載旁通閥、加載電磁閥、安全閥等組成，油泵啟動過程是先由繼電器吸合通過軟起動器啟動油泵，此時油泵啟動后短時油壓不穩(wěn)定經(jīng)卸載旁通閥流回至回油箱，待油泵運行平穩(wěn)后，經(jīng)PLC設(shè)定延時，加載電磁閥帶電，關(guān)閉卸載旁通閥，油泵出口油壓打開止回閥（壓力設(shè)定開啟壓力＞4.05 MPa，全開壓力＜4.3 MPa），液壓油進(jìn)入壓力油罐；停泵時加載電磁閥先失電，卸載旁通閥打開，止回閥關(guān)閉，液壓油經(jīng)卸載旁通閥流回回油箱，經(jīng)PLC設(shè)定延時將泵停止運行，這樣設(shè)計目的是保護(hù)油泵平穩(wěn)啟動、加載和卸載。除此之外還配置有安全閥，當(dāng)油泵出口壓力超過定值時將排掉卸載旁通閥控制腔的油壓，強制打開卸載旁通閥卸壓，以此保護(hù)壓力油罐。

教師在運用《教師法》維護(hù)自己合法權(quán)益往往遇到這種問題：想申訴卻苦于沒有渠道。這就是存在的問題之一：申訴制度的不完善。申訴制度不完善不單指申訴渠道單一還包括其他渠道及相應(yīng)的保障措施沒有形成相應(yīng)的體系，除此以外教師申訴制度的操作性不強，是另一個弊端。申訴制度脫離了最廣泛，而最真實的民情，但真正到了用的時候可用性和操作性并不強，所以當(dāng)教師用法律維護(hù)自己權(quán)益的時候，他并不能發(fā)揮真正的作用，反而更像一個擺設(shè)。

圖3 油泵啟動管路圖

某日監(jiān)控發(fā)“1號機調(diào)速器壓油裝置2號泵運行時間過長”報警信號（此報警信號動作邏輯為油泵啟動后延時120 s且油泵仍在運行），現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)速器油壓裝置控制柜上有卸荷閥啟動指示燈點亮（油泵運行且加載電磁閥未動作時點亮該指示燈），油壓顯示為3.4 MPa，油位440 mm（但備用1號泵沒有自動啟動），立即手動停止2號泵，啟動1號油泵建壓正常。經(jīng)檢查確認(rèn)是由2號油泵加載電磁閥故障所引起，更換電磁閥后試驗正常。也曾出現(xiàn)過因為加載電磁閥端子松動，造成油泵啟動后未向油罐打油的情況。

若單向逆止閥密封不嚴(yán)，壓力油罐液壓油倒流回回油箱，或因安全閥彈簧預(yù)緊力調(diào)整不當(dāng)，動作定值偏低，導(dǎo)致還未到油泵停泵油壓時安全閥動作，以上兩種情況都會造成油泵啟動頻繁。

2.5 壓力油罐油氣比例不協(xié)調(diào)

正常運行時壓力油罐內(nèi)油體積與氣體積按1：2比例進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)氣體所占比例減少時，使得壓力油罐儲能降低，調(diào)速器動作使用同樣體積油，壓力將下降更多，造成油壓達(dá)到啟泵壓力時間更短，油泵啟動頻繁。

2.6 油氣管路密封不嚴(yán)，存在漏油漏氣問題

油氣管路、接頭、閥門、法蘭、焊縫密閉性不良，很容易造成漏氣、漏油現(xiàn)象，我廠曾出現(xiàn)過下面兩次因管路問題導(dǎo)致漏油增大的事件：①某日發(fā)現(xiàn)5號機調(diào)速器泄油閥關(guān)閉不嚴(yán)，漏油量不大但已成線狀漏油，判斷為球閥密封缺陷導(dǎo)致漏油，經(jīng)過更換新的閥門后，檢查無滲漏。②某日發(fā)現(xiàn)2號機調(diào)速器壓力油罐的液位計上法蘭處漏氣，使用肥皂水檢查能夠看到明顯漏氣現(xiàn)象，經(jīng)檢查是截止閥密封墊漏氣，更換后無滲漏。

2.7 調(diào)速器動作頻繁

正常運行時機組需投入AGC中調(diào)控制，調(diào)度通過設(shè)定總有功來控制全廠負(fù)荷，經(jīng)過AGC計算后，將各機組有功設(shè)定值送機組LCU。我廠AGC部分邏輯為：當(dāng)單機負(fù)荷波動之和＞3 MW時，AGC控制將重新進(jìn)行有功設(shè)定值計算分配，當(dāng)負(fù)荷變化之和＞3 MW而≤25 MW且分配后的機組出力在160～225 MW之間時，則對優(yōu)先級最高的機組重新進(jìn)行負(fù)荷設(shè)定（其他機組不變）；當(dāng)負(fù)荷變化之和＞3 MW而≤25 MW且分配后的機組出力不在160～225 MW之間時或當(dāng)負(fù)荷變化之和＞25 MW時，則對所有AGC控制機組進(jìn)行負(fù)荷計算分配，這就造成優(yōu)先級別高的機組調(diào)速器調(diào)節(jié)更為頻繁，統(tǒng)計某一周內(nèi)機組調(diào)速器動作次數(shù)，優(yōu)先級別最高的1號機調(diào)速器油泵啟動間隔平均值較其他機組縮短12 min。

3 應(yīng)對措施及建議

針對每種原因，應(yīng)制定相互對應(yīng)的解決辦法，對具體問題提出針對性的措施：

（2）為防止因主配壓閥位移反饋故障導(dǎo)致主閥發(fā)生抽動，增加導(dǎo)葉動作頻次，可參照部分廠站使用主閥位移反饋輸出為0～20 mA電流信號的傳感器或設(shè)置2套位移傳感器的方法，以此來避免因主閥反饋故障導(dǎo)致內(nèi)環(huán)失效調(diào)速器超調(diào)的現(xiàn)象。

（3）優(yōu)化調(diào)速器PLC控制邏輯，設(shè)置合理的啟泵壓力、起泵油位、補氣油位等參數(shù)定值，充分考慮實際運行中可能出現(xiàn)的各種運行工況，統(tǒng)籌兼顧可靠性與靈活性，做好接觸器、軟起動器、電磁閥、安全閥等重要零部件檢查維護(hù)工作，定期輪換機組AGC調(diào)節(jié)優(yōu)先級別，這樣才能達(dá)到油壓裝置平穩(wěn)、協(xié)調(diào)運行的目的。

（4）在日常檢查試驗時，根據(jù)環(huán)境溫度、運行工況等條件合理調(diào)整壓力油罐油氣比例，注意檢查壓油裝置各管路、法蘭、閥門是否存在“三漏”現(xiàn)象，出現(xiàn)時應(yīng)及時處理，避免擴大。

4 結(jié)語

總而言之，調(diào)速器是發(fā)電機組的重要的設(shè)備之一，本文針對水輪機調(diào)速器油泵頻繁啟動這一故障做了簡要的分析和探討，但實際運行中隨工況變化原因復(fù)雜多樣，油泵頻繁啟動也將對發(fā)電機的可靠運行產(chǎn)生一定影響，對于油泵啟動頻繁問題應(yīng)仔細(xì)分析，采取切實有效地應(yīng)對措施辦法，保證機組的安全穩(wěn)定運行。