錢 力，李世昌，胡立昂，李甲駿，李永杰

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

卸載閥故障導(dǎo)致機(jī)械制動(dòng)過早投入問題的分析

錢 力，李世昌，胡立昂，李甲駿，李永杰

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣電站某次4號(hào)機(jī)組發(fā)電停機(jī)過程中，電氣制動(dòng)50%轉(zhuǎn)速投入后，機(jī)械制動(dòng)在20%轉(zhuǎn)速時(shí)投入。正常情況下，機(jī)械制動(dòng)應(yīng)在5%轉(zhuǎn)速時(shí)投入，只有在某些電氣保護(hù)動(dòng)作或緊急停機(jī)時(shí)，電氣制動(dòng)不投，機(jī)械制動(dòng)在20%轉(zhuǎn)速時(shí)投入。本文針對(duì)這起機(jī)械制動(dòng)過早投入問題進(jìn)行分析。

高壓注油；機(jī)械制動(dòng)提前投入；泄載閥

1 引言

張河灣抽水蓄能電站位于河北省井陘縣境內(nèi)。電站總裝機(jī)容量1 000 MW，安裝4臺(tái)250 MW的單級(jí)混流可逆式機(jī)組，以一回500 kV線路接入河北省南部電網(wǎng)，設(shè)計(jì)年發(fā)電量16.75億kW·h。電站由上下水庫(kù)和地下廠房組成。上水庫(kù)布置在山頂，經(jīng)開挖填圍而成，正常蓄水位810 m，總庫(kù)容785.4 m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容720萬m3，全庫(kù)采用復(fù)式瀝青混凝土進(jìn)行防滲。下庫(kù)利用已建的張河灣水庫(kù)，在原有未建成的大壩上加高再建而成，正常蓄水位488 m，下庫(kù)總庫(kù)容8 330萬m3，具有年調(diào)節(jié)性能。引水水道和地下廠房系統(tǒng)布置在上下水庫(kù)之間的山體內(nèi)，設(shè)豎井高壓管道，鋼板內(nèi)襯，采用1管2機(jī)方式布置。電站在華北電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。

2016年機(jī)組啟動(dòng)頻繁，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)。2015年年度發(fā)電量為3.80億kW·h。截至2016年7月31日，2016年度發(fā)電量已達(dá)8.67億kW·h。

2 機(jī)械制動(dòng)過早投入故障分析

2.1 機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)組成

張河灣電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)制動(dòng)采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)配合使用，有兩種配合方式。

（1）機(jī)組正常停機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)速小于50%投入電氣制動(dòng)；轉(zhuǎn)速小于5%投入機(jī)械制動(dòng)。

（2）機(jī)組某些電氣保護(hù)動(dòng)作或緊急停機(jī)時(shí)，電氣制動(dòng)不投，轉(zhuǎn)速小于20%投機(jī)械制動(dòng)。

2.2 高壓注油系統(tǒng)組成及邏輯判斷

張河灣電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)推力軸承配有一套高壓油系統(tǒng)，有一臺(tái)直流泵和一臺(tái)交流泵，在機(jī)組啟停過程中轉(zhuǎn)速為0～90%范圍內(nèi)其中一臺(tái)泵投入運(yùn)行，另一臺(tái)泵備用。

透平油儲(chǔ)存在推力油盆內(nèi)，對(duì)推力瓦、主軸進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻后經(jīng)管路返回推力油盆，循環(huán)使用。在機(jī)組轉(zhuǎn)速較高時(shí)，主軸的高速旋轉(zhuǎn)可以維持透平油的循環(huán)，保證潤(rùn)滑、冷卻效果。當(dāng)機(jī)組在低轉(zhuǎn)速時(shí)，主軸自身的轉(zhuǎn)速不足以維持透平油的循環(huán)，所以需設(shè)置高壓注油泵補(bǔ)充透平油，確保潤(rùn)滑、冷卻效果。為防止泵出口壓力過高，泵出口回路并聯(lián)有卸載閥AA006和AA007，設(shè)定值為17 MPa。因此，泵出口壓力為17 MPa。

圖1 高壓注油系統(tǒng)圖

泵出口回路有兩只壓力傳感器 CP001和CP002，當(dāng)壓力高于11 MPa時(shí)監(jiān)控收到CP002建壓正常信號(hào)，壓力高于14 MPa時(shí)監(jiān)控收到CP001建壓正常信號(hào)。機(jī)械制動(dòng)啟停判斷邏輯通過CP001來判斷。

2.3 故障經(jīng)過

2016-06-10 19：40，4號(hào)機(jī)組發(fā)電停機(jī)過程中，機(jī)械制動(dòng)提前投入。故障過程如下：

19:40:26 U04_RQ_STOP_DL01 Unit stop request order CLG

19:41:46 U04_MG10_CS101_DI02 Speed SW Elec-brake{50%,RV17}

19:42:09 U04_AJ13_GS110_DI01 EBCB CLOSED

19:43:53 U04_MG10_CS101_DI06 SW Mech-brake EB Fail{20%,RV15}

19:43:53 U04_SP04_AU001_DI01 Mechanical break ON

19:45:35 U04_AJ13_GS110_DI01 EBCB OPEN

19:46:03 U04_SP04_AU001_DI01 Mechanical break OFF

19:46:13 U04_SQ51_IN_PROG TS to Stand-Still seq

根據(jù)歷史記錄可知，電氣制動(dòng)在50%轉(zhuǎn)速后投入，機(jī)械制動(dòng)在20%轉(zhuǎn)速時(shí)投入，分別在機(jī)組達(dá)到停機(jī)穩(wěn)態(tài)前退出。

2.4 原因分析與處理過程

查閱監(jiān)控歷史記錄發(fā)現(xiàn)，CP002收到正常建壓信號(hào)時(shí)間不到1 s，CP001收到正常建壓信號(hào)時(shí)間為3 min 59 s（正常情況下應(yīng)該在1 s之內(nèi)），而此時(shí)機(jī)組的轉(zhuǎn)速已經(jīng)低于20%，因此初步判斷機(jī)械制動(dòng)提前投入可能有3方面的原因：

（1）高壓注油泵本身的問題導(dǎo)致出口壓力降低；

（2）高壓注油泵出口壓力傳感器CP001或者信號(hào)傳輸回路故障；

（3）高壓注油泵出口卸載閥故障或者設(shè)定值過低導(dǎo)致出口壓力降低。

隨后現(xiàn)地手動(dòng)啟動(dòng)高壓注油泵，觀察現(xiàn)地出口壓力表和監(jiān)控上收到CP001建壓成功信號(hào)的時(shí)間均正常，排除前兩種可能。據(jù)此分析，停機(jī)過程中未收到建壓成功信號(hào)是由于高壓注油泵出口卸載故障造成。

在停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)速下降至90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)高壓注油泵啟動(dòng)。此時(shí)主軸自身轉(zhuǎn)速仍在維持一定程度的油的循環(huán)，導(dǎo)致管路壓力有一定程度的下降，而當(dāng)卸載閥設(shè)定值降低時(shí)壓力就下降的更明顯，導(dǎo)致管路出口壓力低于14 MPa。隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，主軸旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的管路壓力下降效果越來越小。當(dāng)管路實(shí)際壓力，即泵出口壓力減去主軸旋轉(zhuǎn)所致管路壓力下降值，大于14 MPa時(shí)，高壓注油系統(tǒng)才能建壓成功，這樣就導(dǎo)致了CP001收到建壓成功信號(hào)較慢。

現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)，直流高壓注油泵卸載閥設(shè)定值過低且無法進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，交流高壓注油泵卸載閥設(shè)定值過低。更換直流高壓注油泵卸載閥，并將交、直流高壓注油泵卸載閥定值調(diào)整至正常后，機(jī)組在停機(jī)過程中收到高壓注油泵出口壓力CP002信號(hào)時(shí)間正常，機(jī)械制動(dòng)投入時(shí)間正常。

2.5 故障危害

（1）卸載閥設(shè)定值過低導(dǎo)致建壓不成功，機(jī)組啟動(dòng)失??；

（2）長(zhǎng)期過早投入機(jī)械制動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)械剎車閘板磨損量增加，制動(dòng)效果下降,停機(jī)過程收到轉(zhuǎn)速為0信號(hào)的流程超時(shí)導(dǎo)致機(jī)械跳機(jī)；

（3）高壓注油系統(tǒng)建壓時(shí)間過長(zhǎng)，影響推力瓦與大軸潤(rùn)滑效果，導(dǎo)致推力瓦磨損程度增加。

2.6 采取措施

（1）啟停機(jī)過程中，運(yùn)行人員在CVS監(jiān)控畫面觀察高壓注油系統(tǒng)建壓是否成功，巡檢人員現(xiàn)場(chǎng)巡視時(shí)關(guān)注高壓注油系統(tǒng)壓力值及其變化。

（2）針對(duì)卸載閥設(shè)定值下降原因，檢查其余機(jī)組卸載閥設(shè)定值情況，并結(jié)合檢修定期檢查維護(hù)。

2.7 現(xiàn)場(chǎng)觀察

圖2 4號(hào)機(jī)停機(jī)過程高壓注油系統(tǒng)壓力示意圖

2016-08-24對(duì)4號(hào)機(jī)抽水停機(jī)過程中高壓注油系統(tǒng)壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄，壓力曲線如圖2。初始狀態(tài)為高壓注油泵尚未啟動(dòng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速維持透平油循環(huán)，管路內(nèi)壓力為3.5 MPa；之后，高壓注油泵啟動(dòng)，經(jīng)卸載閥卸壓以及機(jī)組轉(zhuǎn)速引起的壓力下降之后，管路壓力為14 MPa；隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的下降，機(jī)組轉(zhuǎn)速引起的壓力下降效果越來越弱，管路壓力逐漸上升至16.5 MPa,并維持一段時(shí)間；最終停泵后管路殘留壓力為5.5 MPa，逐漸下降到0。

圖3 4號(hào)機(jī)啟動(dòng)過程高壓注油系統(tǒng)壓力

2016-08-25對(duì)4號(hào)機(jī)發(fā)電工況啟動(dòng)過程中高壓注油系統(tǒng)壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄，壓力曲線如圖3。初始狀態(tài)為高壓注油泵尚未啟動(dòng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速為0，管路內(nèi)壓力為0；之后，高壓注油泵啟動(dòng)瞬間，經(jīng)卸載閥卸壓后，管路壓力為17 MPa；機(jī)組轉(zhuǎn)速上升初期，轉(zhuǎn)速較低，機(jī)組轉(zhuǎn)速引起的壓力下降效果不明顯，管路壓力緩慢下降至16.8 MPa；隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，機(jī)組轉(zhuǎn)速引起的壓力下降效果越來越明顯，管路壓力逐漸下降至14 MPa，并維持一段時(shí)間；停泵后管路壓力迅速下降，由機(jī)組轉(zhuǎn)速帶來的透平油循環(huán)效果維持在到4 MPa。

3 結(jié)論

機(jī)組啟停頻繁、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、震動(dòng)大、卸載閥自身使用壽命等因素導(dǎo)致卸載閥的備母及調(diào)節(jié)螺栓松動(dòng)，致使卸載閥設(shè)定值下降；且內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞，導(dǎo)致無法進(jìn)行設(shè)定值調(diào)節(jié)；結(jié)合機(jī)組轉(zhuǎn)速帶來的壓力下降效果共同導(dǎo)致高壓注油系統(tǒng)建壓超時(shí)。目前，4臺(tái)機(jī)組高壓注油系統(tǒng)卸載閥設(shè)定值正常；啟停機(jī)過程中，高壓注油系統(tǒng)建壓正常。

[1]邱彬如，劉連希.抽水蓄能電站工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]高傳昌.抽水蓄能電站技術(shù)[M].鄭州：黃河水利出版社，2011.

[3]GB/T 20834-2014發(fā)電電動(dòng)機(jī)基本技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

表2

從定子繞組絕緣電阻及直流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，并不能發(fā)現(xiàn)任何異常情況。誠(chéng)然，張河灣電站定子繞組輕微的電腐蝕短期內(nèi)也不會(huì)對(duì)定子繞組的正常運(yùn)行產(chǎn)生大的影響，但是，如果不及時(shí)進(jìn)行處理，產(chǎn)生的后果將不可預(yù)測(cè)。在廠家的建議下，電站今后在進(jìn)行定子繞組直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)電壓提升至2.5Un（39.4 kV），以便更好地發(fā)現(xiàn)電腐蝕所產(chǎn)生的潛在缺陷。

6 結(jié)束語

本文針對(duì)張河灣電站發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕的形成原因、處理過程及相應(yīng)的預(yù)控措施進(jìn)行了介紹，可以看出，發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕是發(fā)電機(jī)的常見故障，由于電腐蝕程度不同，對(duì)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行影響不同。此外，張河灣電站定子繞組的電腐蝕目前只發(fā)現(xiàn)在繞組端部存在，處理起來相對(duì)容易，但更應(yīng)注意對(duì)槽內(nèi)線棒電腐蝕加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)通過局放監(jiān)測(cè)及定期試驗(yàn)來檢測(cè)是否發(fā)生了電腐蝕。同時(shí)，從發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝等角度也應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，提高定子繞組的起暈電壓，提升安裝工藝水平，從多角度減少定子繞組電腐蝕產(chǎn)生的機(jī)率。

參考文獻(xiàn)：

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[2]許新軍，李令軍.基于發(fā)電機(jī)電暈放電的探討［J］.理論廣角，2013（5）.

TV738

B

1672-5387（2016）12-0055-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.020

2016-08-29

錢 力（1990-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)管理工作。