某水電站機(jī)組開機(jī)過程中圓筒閥竄油故障分析與處理

王金蘭

（國(guó)能大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 雅安 625304）

0 引言

圓筒閥是水輪機(jī)進(jìn)水閥門的一種結(jié)構(gòu)形式,它替代了傳統(tǒng)意義上的蝶閥和球閥,適合水頭大于80 m的混流式水輪機(jī)組。該水電廠裝有單機(jī)容量為600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組,最小水頭114 m,最大水頭181 m,均采用高壓水管導(dǎo)流。圓筒閥安裝于水輪機(jī)的靜態(tài)導(dǎo)葉與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)葉中間,用于攔截進(jìn)水。閥由圓筒閥體、同步機(jī)構(gòu)、操作接力器3大部件組成。其中閥體安裝于靜態(tài)導(dǎo)葉與運(yùn)動(dòng)導(dǎo)葉的中間,當(dāng)圓筒閥關(guān)閉時(shí),將閥體置于底環(huán)上,用于阻擋水流和實(shí)現(xiàn)密封作用,在圓筒閥開啟時(shí)，將其提升至頂蓋內(nèi)并與頂蓋的抗磨部件齊平。操作接力器安裝于頂蓋上,通過活塞桿與閥體連接,接力器上腔通壓力油時(shí),筒閥關(guān)閉;下腔通壓力油時(shí),筒閥開啟。該電廠圓筒閥的同步機(jī)構(gòu)采用鏈條形式,裝設(shè)于機(jī)墩內(nèi)的絲杠式機(jī)械同步器來實(shí)現(xiàn)同步控制,接力器的供排油總管則由機(jī)墩上的組合閥組控制,因此所有接力器都靠機(jī)墩內(nèi)的機(jī)械鏈條來完成同步。圓筒閥正常開啟分兩段,第一段快速開啟至85%開度后轉(zhuǎn)入第二段慢開啟,全過程要60 s，正常停機(jī)和事故停機(jī)時(shí)均為一段快速關(guān)閉。正常的工作狀態(tài),圓筒閥有全開與全關(guān)兩種情況,不調(diào)節(jié)流量。開機(jī)過程中,圓筒閥開啟失敗,會(huì)直接造成機(jī)組退出開機(jī)流程,影響機(jī)組并網(wǎng)。

1 故障分析

1.1 故障過程及現(xiàn)象

6月6日X號(hào)機(jī)組開機(jī)過程中，監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)圓筒閥開啟命令。上位機(jī)報(bào)“X號(hào)機(jī):(總線)圓筒閥油系統(tǒng)至少兩臺(tái)泵啟動(dòng)”、“X號(hào)機(jī):(總線)圓筒閥油壓裝置壓力油罐油壓5.189越下限”、“X號(hào)機(jī):圓筒閥油壓裝置及漏油裝置系統(tǒng)綜合故障”等光字，圓筒閥油壓持續(xù)下降。之后圓筒閥開啟超時(shí)，退出開機(jī)流程。運(yùn)行人員檢查X號(hào)機(jī)組圓筒閥油管路未發(fā)現(xiàn)漏油，現(xiàn)場(chǎng)有明顯油過流聲音。運(yùn)行人員關(guān)閉X號(hào)機(jī)組圓筒閥油壓裝置總油源閥61206，關(guān)閉后油流聲減小，但仍有油流聲。上位機(jī)檢查X號(hào)機(jī)組圓筒閥油罐壓力、油位恢復(fù)額定值。經(jīng)反復(fù)排查X號(hào)機(jī)組圓筒閥回油箱、控制柜、水車室無漏油，觀測(cè)總油量無異常。運(yùn)行人員手動(dòng)操作X號(hào)機(jī)組圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG，管路油流聲音明顯減小。X號(hào)機(jī)組圓筒閥自動(dòng)緩慢開啟至全開，油罐油壓、油位基本維持，無明顯下降。經(jīng)檢查各部無滲漏，管路無油流聲后，運(yùn)行人員開啟X號(hào)機(jī)組圓筒閥油壓裝置總油源閥61206，圓筒閥保持全開正常，管路無油流聲，油壓和油位均正常。上位機(jī)單點(diǎn)提落X號(hào)機(jī)組圓筒閥試驗(yàn)正常。

1.2 故障分析

圓筒閥的控制柜中安裝了一組控制閥組，其中包括二通插裝閥、電液換向閥、電磁換向閥（1個(gè)開啟圓筒閥的電液換向閥1DPK,1個(gè)慢開啟圓筒閥的專用電液換向閥2DPK，1個(gè)關(guān)閉圓筒閥的電磁換向閥關(guān)閉電液閥1DPG）等液壓電氣元器件及控制閥塊。全部的液壓元件集中安裝在同一個(gè)閥塊上,通過操作控制柜中的電液換向閥和電磁換向閥,可使圓筒閥完成開啟、關(guān)閉的操作。圓筒閥的開啟、關(guān)閉等動(dòng)作,均通過控制閥組直接操縱圓筒閥的接力器實(shí)現(xiàn),所以控制閥組工作時(shí)必須靈活可靠。與一般的滑閥不同的是，其控制系統(tǒng)中的二通插裝閥阻力較低,更適用于大流量介質(zhì)，工作時(shí)其閥口為錐面密封,泄漏量較小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,標(biāo)準(zhǔn)化程度也較高,便于與液壓系統(tǒng)集成,且大幅度減少了管道聯(lián)接件之間以及管道中引起的泄漏、振動(dòng)、噪聲等問題。因此,東方電機(jī)有限公司依托第一代筒形閥控制系統(tǒng)在實(shí)際工作上的技術(shù)優(yōu)勢(shì),并憑借研制、制造二通插裝閥組的寶貴經(jīng)驗(yàn),成功研制了筒形閥插裝式控制閥組[1-3]。

圖1 圓筒閥控制閥組圖

1.2.1 圓筒閥正常開關(guān)原理

（1）圓筒閥開啟原理

正常運(yùn)行中，圓筒閥遠(yuǎn)方控制。開機(jī)過程中，圓筒閥控制PLC發(fā)出開啟筒閥命令后，圓筒閥開啟電液閥1DPK和圓筒閥慢開電液閥2DPK投入,壓力油經(jīng)1DPK接通至滑閥左側(cè)，使滑閥閥芯右移，處于開啟位置，同時(shí)2DPK閥芯左移，使圓筒閥接力器下腔通壓力油，上腔通回油，開啟筒閥。筒閥開啟至90%開度后，1DPK電液閥復(fù)歸，滑閥左側(cè)撤壓，閥芯左移至中位。筒閥僅在2DPK控制下轉(zhuǎn)入慢開過程，待筒閥全開后，2DPK動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸，2DPK電液閥在自保持線圈作用下處于開啟位，維持筒閥全開。

（2）圓筒閥關(guān)閉原理

停機(jī)過程中，圓筒閥PLC發(fā)出關(guān)閉筒閥命令后，2DPK電液閥復(fù)歸動(dòng)作，關(guān)斷開啟油源。圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG動(dòng)作，壓力油經(jīng)1DPG接通至滑閥右側(cè)，使滑閥閥芯左移，處于關(guān)閉位置，此時(shí)圓筒閥接力器下腔通回油，上腔接壓力油，關(guān)閉筒閥。筒閥全關(guān)后，1DPG復(fù)歸，滑閥右側(cè)撤壓，閥芯右移，關(guān)斷主供油管路。

圖2 圓筒閥控制油回路圖

1.2.2 圓筒閥竄油原因分析

根據(jù)實(shí)際情況，借助歷史數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)分析，在6月5日23：33：00停機(jī)過程中筒閥正常關(guān)閉，期間油泵打壓正常。筒閥全關(guān)至6月6日06：34：00開機(jī)前，圓筒閥油泵未啟動(dòng)，油壓正常，得出停機(jī)過程中圓筒閥未發(fā)生竄油現(xiàn)象。6月6日06：34：00開機(jī)過程中，筒閥開啟動(dòng)作令，1DPK及2DPK動(dòng)作后，筒閥發(fā)生竄油現(xiàn)象，油罐壓力持續(xù)降低，據(jù)此可判斷圓筒閥接力器內(nèi)部密封良好，無竄油。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)筒閥在全關(guān)狀態(tài)下，圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG未復(fù)歸，電液閥實(shí)際保持在開啟位置?？膳袛?月5日23：33：00圓筒閥關(guān)閉后，圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG電氣回路復(fù)歸，但電液閥閥芯發(fā)卡，電液閥實(shí)際保持在動(dòng)作位置，壓力油經(jīng)1DPG接通至滑閥右側(cè)，使滑閥閥芯左移，處于關(guān)閉位置，此時(shí)圓筒閥接力器下腔通回油，上腔通壓力油。6月6日06：34：00開機(jī)過程中，PLC下達(dá)圓筒閥開啟命令后，圓筒閥開啟電液閥1DPK和圓筒閥慢開電液閥2DPK投入動(dòng)作，使壓力油經(jīng)滑閥后通過2DPK接通回油到達(dá)回油箱，在筒閥油壓控制系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)。油罐壓力持續(xù)下降，油泵頻繁啟動(dòng)。綜上分析可知，圓筒閥關(guān)閉電磁閥1DPG動(dòng)作后閥芯發(fā)卡是造成此次圓筒閥竄油的主要原因，排除插裝閥控制腔的輸入部分故障。

該機(jī)組圓筒閥油壓裝置總油源閥61206是油罐出口總閥，運(yùn)行人員關(guān)閉61206后，圓筒閥管路仍有油流聲。且在運(yùn)行人員手動(dòng)復(fù)歸圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG，未開啟61206閥的情況下，圓筒閥仍能在61206閥漏油的作用下緩慢開啟至全開，說明61206閥門關(guān)閉不嚴(yán)，有內(nèi)漏情況。

2 故障處理

（1）針對(duì)本次圓筒閥控制系統(tǒng)竄油現(xiàn)象，發(fā)函至生產(chǎn)廠家，咨詢了東電機(jī)組圓筒閥控制管路電液閥發(fā)卡可能造成管路竄油情況的防范措施。對(duì)圓筒閥控制系統(tǒng)程序邏輯進(jìn)行了部分修改，有效改善了類似竄油問題的發(fā)生，程序修改如下：

修改前：第一段開啟同時(shí)投入快開電液閥1DPK和第二段慢開電液閥2DPK，圓筒閥開啟至90%開度（開關(guān)量信號(hào)）時(shí)，復(fù)位快開電液閥1DPK。圓筒閥全開后復(fù)位第二段慢開電液閥2DPK。

修改后：圓筒閥第一段開啟投入快開電液閥1DPK，圓筒閥開啟至90%開度（開關(guān)量信號(hào)）時(shí)，延時(shí)3 s復(fù)位快開電液閥1DPK。圓筒閥開啟至90%開度（開關(guān)量信號(hào)）時(shí)，投入第二段慢開電液閥2DPK。圓筒閥全開后復(fù)位第二段慢開電液閥2DPK。

（2）協(xié)調(diào)調(diào)度及檢修人員，擇機(jī)對(duì)該機(jī)組圓筒閥油壓裝置進(jìn)行排壓后，更換圓筒閥油壓裝置總油源閥61206，并更換圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG。

（3）研究討論對(duì)圓筒閥關(guān)閉電液閥1DPG、圓筒閥開啟電液閥1DPK、圓筒閥慢開電液閥2DPK重新選型，更換為帶閥芯位置反饋信號(hào)的電液閥，將電液閥位置反饋信號(hào)加入PLC控制回路中，從根本上避免類似竄油事件發(fā)生。

3 結(jié)語

在開機(jī)過程中，圓筒閥竄油導(dǎo)致開啟失敗，會(huì)造成機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)失敗，影響系統(tǒng)負(fù)荷供給，特別是負(fù)荷高峰期，備用機(jī)組因?yàn)槿毕莶荒芗皶r(shí)開機(jī)，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出挑戰(zhàn)。所以在電站運(yùn)維生產(chǎn)工作中，盡量避免類似事件發(fā)生，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)排除設(shè)備隱患，實(shí)在無法避免的缺陷，要及時(shí)消缺，保證機(jī)組盡快投入運(yùn)行。針對(duì)本次故障，運(yùn)行人員應(yīng)檢查圓筒閥PLC運(yùn)行是否正常；接力器比例閥組24 V電源是否正常；圓筒閥控制柜解鎖條件“RG Open”指示信號(hào)是否為綠色，是否滿足操作條件；圓筒閥操作油壓是否正常，主供油閥是否全開；檢查有無圓筒閥失步報(bào)警等故障信號(hào)，判斷機(jī)械發(fā)卡或位移傳感器故障，查找到問題癥結(jié)以后，立即采取措施，組織維修或者更換故障設(shè)備，保證設(shè)備缺陷及時(shí)消除，機(jī)組及時(shí)正常開機(jī)，嚴(yán)禁故障原因沒有查清楚，強(qiáng)行讓設(shè)備帶病工作，避免更大的安全隱患。