李永紅，朱海峰，趙 浩，祁亞靜，胡立昂，陳 超

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

水泵水輪機控制環(huán)竄動原因分析及處理

李永紅，朱海峰，趙 浩，祁亞靜，胡立昂，陳 超

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

主要是結(jié)合生產(chǎn)實際分析水泵水輪機控制環(huán)在工作中出現(xiàn)竄動的原因，在不需要對設(shè)備解體的情況下找到問題所在并及時處理。

水泵水輪機；控制環(huán)；竄動；導(dǎo)葉接力器

1 電廠概況

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)附近的甘陶河干流上，距石家莊市公路里程77 km。該電站總裝機容量為1 000 MW，安裝4臺單機容量250 MW的單級混流可逆式水泵水輪機組。電站額定水頭305 m，電站綜合效率系數(shù)為0.76。電站建成后接入冀南電網(wǎng)，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)。

2 4號機組水泵水輪機控制環(huán)竄動現(xiàn)象

在4號機組停機過程中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉關(guān)閉時間比正常關(guān)閉時間長50 s左右，隨即對其進行處理分析，即在靜水情況下開啟關(guān)閉導(dǎo)葉，開啟過程正常，當(dāng)導(dǎo)葉關(guān)閉至3%左右開度時，水車室控制環(huán)附近能聽到間隔的較大的沉悶的金屬撞擊聲和強烈的振動感，控制環(huán)沿轉(zhuǎn)動的方向出現(xiàn)3 mm至6 mm不等的竄動。由于聲波在金屬中傳播很快，故無法判斷聲源和振動源。

3 水泵水輪機控制環(huán)竄動分析及試驗結(jié)論

從上述現(xiàn)象可以初步確定其原因：一是控制環(huán)自身或連接機構(gòu)存在問題，二是接力器本體存在問題。

3.1 對控制環(huán)自身及其連接結(jié)構(gòu)進行分析試驗

（1）控制環(huán)結(jié)構(gòu)簡介

4號機組控制環(huán)是安裝在頂蓋表面的“L”型支承板上，支承板在圓周方向均勻分布著8塊，支承板與控制環(huán)的接觸面安裝有潤滑板，安裝在支承板上的壓板限制控制環(huán)軸向位移。20個導(dǎo)葉通過連桿與控制環(huán)相連，控制環(huán)通過上下連扳、圓柱銷與接力器相連（見圖1）。

控制環(huán)轉(zhuǎn)動過程中的受力：1）自身重力；2）導(dǎo)水機構(gòu)的反作用力；3）周向的摩擦力；4）接力器的作用力；5）L型支承板的作用力；6）壓板的作用力等。

圖1 控制環(huán)與頂蓋剖面圖

（2）檢查控制環(huán)及其相關(guān)連接部件外觀

首先對控制環(huán)與支承板、壓板之間的接觸面進行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的磨損、碰撞、凹凸不平的痕跡；其次對控制環(huán)與連桿的連接部位、活動導(dǎo)葉與連桿連接部位、活動導(dǎo)葉本體等結(jié)構(gòu)進行檢查，也未發(fā)現(xiàn)任何的磨損、卡澀等現(xiàn)象；然后對控制環(huán)與接力器之間的連接機構(gòu)進行檢查，也未發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。

（3）測量控制環(huán)與壓板、支承板之間的間隙值及其軸向、徑向位移

對4號機靜水開啟、關(guān)閉導(dǎo)葉，用塞尺測量不同開度下控制環(huán)與壓板，支承板之間的上、下端面及立面的間隙變化數(shù)據(jù)。并通過在軸向+X、+Y、-X、-Y，徑向+X、+Y方向架設(shè)百分表對控制環(huán)進行監(jiān)測。分別在不同開度（0，1%，2%，3%，5%，10%，5%，3%，2%，1%，0）情況下讀取軸向和徑向百分表數(shù)據(jù)，測量過程中發(fā)現(xiàn)軸向和徑向百分表瞬間變化幅度較大，當(dāng)開度不變后數(shù)據(jù)也會趨于穩(wěn)定，在開啟方向開度大于3%左右后數(shù)據(jù)基本不變，關(guān)閉方向開度小于3%左右后數(shù)據(jù)變化明顯。上、下端面及立面的間隙數(shù)據(jù)變化雖然較大，但是所測量數(shù)據(jù)都滿足安裝工藝要求的數(shù)值。

（4）測量接力器推拉桿的水平度

我廠接力器從投產(chǎn)以來從未對接力器進行解體檢修，故懷疑長時間運行會導(dǎo)致水平度不滿足要求。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)兩個接力器的推拉桿水平度滿足要求。

（5）結(jié)論

從以上檢查和測量結(jié)果分析，可以得出產(chǎn)生控制環(huán)竄動的直接原因不是控制環(huán)發(fā)生機械卡澀。

3.2 對接力器本體結(jié)構(gòu)進行檢查分析

通過以上的試驗及測量結(jié)果得出的結(jié)論分析，可以初步確定是接力器本體存在問題，下一步將從接力器的操作油回路和結(jié)構(gòu)進行分析試驗。

（1）接力器簡介

接力器由法國阿爾斯通公司提供，每臺機組配備2臺直缸式接力器，均安裝于上游機坑里襯上。接力器工作油壓為6.4 MPa，行程為420 mm。左接力器配備一套液壓自動鎖定裝置，右接力器配備一套手動鎖錠裝置。左接力器的開啟腔和右接力器的關(guān)閉腔共用一路油管，左接力器的關(guān)閉腔和右接力器的開啟腔共用另一路油管，兩路油管既可供油，又可排油。每臺接力器都配備一套調(diào)速節(jié)流裝置，左接力器的調(diào)速節(jié)流裝置安裝于開啟腔側(cè)，右接力器的調(diào)速節(jié)流裝置安裝于關(guān)閉腔側(cè)，當(dāng)導(dǎo)葉接近關(guān)閉時，它能減慢接力器的動作速度。調(diào)速節(jié)流裝置可以從接力器外部進行調(diào)節(jié)控制關(guān)閉速度（見圖2）。

圖2 接力器與控制環(huán)示意圖

（2）接力器的操作油回路檢查

當(dāng)兩接力器的操作油壓不一致時會使接力器出現(xiàn)不同步動作，這樣控制環(huán)就會出現(xiàn)竄動和異常聲響。為了驗證兩個接力器開啟腔、關(guān)閉腔的壓力是否正常，首先我們分別在兩接力器的開啟腔和關(guān)閉腔外接4個相同的壓力表；其次在靜水狀態(tài)下開啟導(dǎo)葉至全開，發(fā)現(xiàn)左接力器關(guān)閉腔（或開啟腔）與右接力器開啟腔（或關(guān)閉腔）的兩塊壓力表變化基本一致；最后關(guān)閉導(dǎo)葉至全關(guān)，在關(guān)閉過程中壓力表變化基本一致，當(dāng)出現(xiàn)控制環(huán)竄動和異響的同時左接力器開啟腔與右接力器關(guān)閉腔的壓力表發(fā)生異常變化，即左接力器開啟腔的壓力降為0 MPa，右接力器關(guān)閉腔的壓力會增大到11 MPa，并且會隨著控制環(huán)的竄動而波動。

以上試驗可以說明在關(guān)閉最后階段左、右接力器的受力明顯不等，由于左接力器開啟腔和右接力器關(guān)閉腔此時都在排油，這就不難得出右接力器關(guān)閉腔增大到11 MPa是由于其排油不暢造成的，故可以初步判定是右接力器存在問題。

（3）確定右接力器存在問題

為了進一步確定是右接力器的原因，把控制環(huán)與右接力器連接的連扳解開，然后用左接力器去推拉控制環(huán)，發(fā)現(xiàn)控制環(huán)未發(fā)生竄動和異響?？梢钥隙刂骗h(huán)的異響是由于右接力器存在問題造成的。

（4）右接力器問題查找

結(jié)合上面試驗和右接力器結(jié)構(gòu)分析，唯一可能導(dǎo)致右接力器關(guān)閉腔最后階段排油不暢的原因是調(diào)速節(jié)流裝置油路堵塞。

通過對右接力器結(jié)構(gòu)（見圖3）的進一步分析，發(fā)現(xiàn)調(diào)速節(jié)流裝置的功能是通過調(diào)節(jié)錐形螺桿改變截面積來實現(xiàn)的，接力器活塞與缸壁之間的密封不斷摩擦?xí)a(chǎn)生粉末，粉末隨著油流流過節(jié)流裝置時就會容易堵塞，久而久之會形成大量的油泥直至堵塞節(jié)流處。

圖3 右接力器結(jié)構(gòu)示意圖

4 解決措施及驗證

經(jīng)過多次對調(diào)節(jié)螺栓的調(diào)整，增大節(jié)流橫截面，調(diào)整完畢后進行導(dǎo)葉靜水開啟關(guān)閉試驗，并對左、右接力器的開啟腔和關(guān)閉腔壓力進行觀察，直至接力器在關(guān)閉時控制環(huán)無竄動和異響，然后對接力器的工作性能進行負(fù)載試驗。

4.1 逐步變化負(fù)載

負(fù)載分別是：150 MW，200 MW，250 MW，240 MW，190 MW，140 MW，100 MW，90 MW。

圖4 左、右接力器開啟腔壓強

圖5 左、右接力器關(guān)閉腔壓強

圖6 左、右接力器行程

從圖4～圖6可以得出：兩個開啟腔壓力基本一致，兩個關(guān)閉腔壓力基本一致。

4.2 連續(xù)變化負(fù)載

機組啟動到額定速度空載工況，然后連續(xù)的緩慢的把功率從空載慢慢加到滿載，再減少到空載，并關(guān)閉機組。

（1）連續(xù)升負(fù)荷從90 MW到250 MW；

（2）連續(xù)降低負(fù)荷從250 MW到150 MW然后正常關(guān)機。

從圖7～圖11可以得出：除了完全關(guān)閉前的一個階段，兩個開啟腔壓力基本一致，兩個關(guān)閉腔壓力基本一致。

圖7 左、右接力器腔壓強

圖8 左、右接力器行程

圖9 左、右接力器開啟腔壓強

圖10 左、右接力器關(guān)閉腔壓強

圖11 左、右接力器行程

4.3 驗證結(jié)果

對于左、右接力器的開啟腔壓力，不一致僅發(fā)生在完全關(guān)閉之前，這是由于左邊接力器有調(diào)速節(jié)流裝置的原因，是正常的并與設(shè)計一致；對于左、右接力器的關(guān)閉腔壓力，不一致發(fā)生在100%開度，機組在實際帶負(fù)荷運行時達不到這種開度，從帶負(fù)荷試驗中，我們也可以看出兩個接力器是一致的。所以接力器工作性能滿足運行要求。

5 結(jié)語

目前絕大多數(shù)抽水蓄能電站所用的導(dǎo)葉接力器都大同小異，每個接力器上都會有與我廠相同原理的調(diào)速節(jié)流裝置，這就有可能出現(xiàn)與我廠類似的問題，而且由于正常停機過程中關(guān)閉導(dǎo)葉時間很短，又有噪聲影響，即使接力器存在同樣的問題也不易發(fā)現(xiàn)，我廠出現(xiàn)的問題為同類電站敲響了警鐘。為了避免對設(shè)備造成損壞，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失，需要在今后的檢修工作中對接力器進行解體，清理缸體內(nèi)的雜質(zhì)，并且也要對調(diào)速節(jié)流裝置和油路進行沖洗，這樣才能保證機組安全、穩(wěn)定運行。

TV734

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1672-5387（2016）12-0060-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.022

2016-08-29

李永紅（1986-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站運維管理工作。