翟志亮，陳樹峰

(吉林松江河水力發(fā)電有限責(zé)任公司，吉林 白山 134500)

0 概述

某水電站安裝2臺(tái)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量35 MW。調(diào)速器采用武漢四創(chuàng)自動(dòng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的WZT—100/80—6.3-SC03步進(jìn)式無(wú)油電轉(zhuǎn)可編程雙微機(jī)調(diào)速器，是一種具有比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)規(guī)律的新型數(shù)字式轉(zhuǎn)速及功率調(diào)節(jié)器。它采用伺服電機(jī)直線位移轉(zhuǎn)換器，可接受微機(jī)調(diào)速器發(fā)出的電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成機(jī)械位移，以此調(diào)整導(dǎo)葉開度、漿葉轉(zhuǎn)角，改變進(jìn)入水輪機(jī)的流量及輪葉的受力面積，從而調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率。

1 事件經(jīng)過

某日15：32：32，該水電站上位機(jī)發(fā)出開機(jī)命令，機(jī)組在開機(jī)并網(wǎng)過程中出現(xiàn)導(dǎo)葉開度在25 %，9 %，20 %，30 %，10 %的不正常調(diào)節(jié)現(xiàn)象。機(jī)組開機(jī)過程中，正常導(dǎo)葉開度應(yīng)是先開至16 %，在機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到90 %額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將導(dǎo)葉開度調(diào)整至10 %。

15：34：41，機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷，在帶負(fù)荷過程中機(jī)組導(dǎo)葉開度反復(fù)來(lái)回調(diào)節(jié)，機(jī)組帶30 MW負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)，擺度過大，數(shù)據(jù)如表1所示。

15：37：00，匯報(bào)調(diào)度機(jī)組振動(dòng)、擺度過大，申請(qǐng)停機(jī)，調(diào)度同意。

15：39：54，機(jī)組出口斷路器QF分閘，機(jī)組停機(jī)至穩(wěn)態(tài)。到水車室檢查，發(fā)現(xiàn)5號(hào)導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)連接脫離。匯報(bào)調(diào)度及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，并通知檢修人員處理。

16：00：00，對(duì)故障機(jī)組做隔離、防轉(zhuǎn)措施，投入機(jī)組緊急停機(jī)電磁閥、落快速閘門、機(jī)組引水隧洞蝸殼排水，為檢修人員對(duì)5號(hào)脫落連桿的連接做好準(zhǔn)備工作。

18：00：00，機(jī)組引水隧洞蝸殼水壓為0，需要手動(dòng)調(diào)整導(dǎo)葉開度對(duì)脫落連桿進(jìn)行連接。在退出緊急停機(jī)電磁閥后，出現(xiàn)機(jī)組導(dǎo)葉自動(dòng)開至20 %后又全關(guān)的異常現(xiàn)象。再次投、退緊急停機(jī)電磁閥，仍出現(xiàn)導(dǎo)葉開啟后再關(guān)閉的現(xiàn)象。

18：15：00，將調(diào)速器導(dǎo)葉控制把手切至“機(jī)手動(dòng)”位置，將導(dǎo)葉開度調(diào)整至70 %。在手動(dòng)操作調(diào)速器手輪過程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)速器手輪有發(fā)卡現(xiàn)象，調(diào)速器手輪在開啟后不能馬上復(fù)中，延時(shí)1—2 s。

2 原因分析

2.1 調(diào)速器工作原理

機(jī)械液壓控制系統(tǒng)組成及原理如圖1所示。

表1 振動(dòng)與擺度 μm

圖1 機(jī)械液壓控制系統(tǒng)組成及原理

(1) PLC調(diào)速器控制系統(tǒng)根據(jù)輸入電信號(hào)和接力器位置反饋，經(jīng)PID運(yùn)算、放大后，輸出數(shù)字信號(hào)給無(wú)油電液轉(zhuǎn)換器，無(wú)油電液轉(zhuǎn)換器再輸出成比例的位移，經(jīng)引導(dǎo)閥和主配壓閥液壓放大而形成巨大的操作力，控制水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度α和槳葉轉(zhuǎn)角φ，實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速和負(fù)荷控制。電液(比例)隨動(dòng)系統(tǒng)具有二級(jí)液壓放大，第1級(jí)是引導(dǎo)閥和輔助接力器，第2級(jí)是主配壓閥和主接力器。

(2) PLC調(diào)速器控制系統(tǒng)將輸出信號(hào)與接力器位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較放大后，輸出數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿及自動(dòng)復(fù)中裝置，產(chǎn)生與輸出信號(hào)成比例的位移。因該裝置與引導(dǎo)閥直接連接，此位移使引導(dǎo)閥產(chǎn)生相同的位移行程，并通過輔助接力器使主配壓閥也產(chǎn)生相應(yīng)的位移，同時(shí)向主接力器配油使之產(chǎn)生位移，直到主接力器位置信號(hào)與輸出的數(shù)字信號(hào)相等為止。

2.2 故障現(xiàn)象原因分析

2.2.1 機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)過程中導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)

檢查調(diào)速系統(tǒng)油管路是否存在空氣或堵塞、是否存在較大摩擦力的現(xiàn)象。經(jīng)操作檢查分析，調(diào)速器油管路中沒有壓縮空氣，不存在油管路堵塞情況。

檢查調(diào)速器電調(diào)回路是否正常、是否存在PLC回路給調(diào)速器開關(guān)導(dǎo)葉命令的現(xiàn)象。檢查電調(diào)回路，未發(fā)現(xiàn)有寄生回路，步進(jìn)電機(jī)無(wú)故障，調(diào)速器參數(shù)設(shè)置合理，因而可排除電調(diào)故障引起導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)。

因調(diào)速器手輪操作過程中存在卡澀現(xiàn)象，分析確定導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)由調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀引起。在開機(jī)過程中，上位機(jī)給調(diào)速器開機(jī)命令開導(dǎo)葉，但由于調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀拒動(dòng)，PLC再次發(fā)出開導(dǎo)葉脈沖，這時(shí)調(diào)速器開腔配油動(dòng)作開導(dǎo)葉，2個(gè)脈沖疊加使導(dǎo)葉實(shí)際開度會(huì)比原來(lái)要達(dá)到的開度大，造成過調(diào)節(jié)；這時(shí)PLC會(huì)發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉脈沖，由于調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀拒動(dòng)，PLC會(huì)再次發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉脈沖，使調(diào)速器關(guān)腔配油動(dòng)作關(guān)導(dǎo)葉，同樣造成調(diào)速器關(guān)導(dǎo)葉時(shí)過調(diào)節(jié)，如此就造成了導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)現(xiàn)象。

2.2.2 5號(hào)導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)脫離

由于導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)連接方式為耳柄銷軸連接，上下沒有防脫落擋板和固定銷，在導(dǎo)葉調(diào)速器頻繁反復(fù)過調(diào)節(jié)時(shí)，機(jī)組控制環(huán)來(lái)回?cái)[動(dòng)，并產(chǎn)生軸向振動(dòng)，在軸向不平衡力的作用下使5號(hào)導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)脫離(如圖2，3所示)。

圖2 導(dǎo)葉拐臂連桿正常連接

圖3 導(dǎo)葉拐臂連桿脫落

2.2.3 機(jī)組振動(dòng)與擺度過大

在5號(hào)導(dǎo)葉拐臂連桿脫落后，機(jī)組各部振動(dòng)、擺度異常超標(biāo)，頂蓋軸向振動(dòng)達(dá)1 000 μm。這是由于5號(hào)導(dǎo)葉不受控制環(huán)調(diào)節(jié)，在水力的作用下5號(hào)導(dǎo)葉會(huì)誤開或誤關(guān)，開度與其他導(dǎo)葉開度不一致，進(jìn)入水輪機(jī)流量不均，水力不平衡，使水輪機(jī)槳葉受力不均，導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)、擺度增大。

2.2.4 緊急停機(jī)電磁閥復(fù)歸后導(dǎo)葉先開啟再關(guān)閉

因緊急停機(jī)電磁閥投入時(shí)，主接力器有壓緊行程，在緊急停機(jī)電磁閥復(fù)歸后，導(dǎo)葉調(diào)速器會(huì)有1個(gè)很短的開導(dǎo)葉脈沖，恢復(fù)壓緊行程，使導(dǎo)葉到全關(guān)狀態(tài)。由于導(dǎo)葉調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀，使開導(dǎo)葉不能執(zhí)行，調(diào)速器再發(fā)開導(dǎo)葉脈沖，在調(diào)速器引導(dǎo)閥不卡可以執(zhí)行開導(dǎo)葉脈沖時(shí)，導(dǎo)葉開到一個(gè)較大的開度，這時(shí)調(diào)速器再發(fā)關(guān)導(dǎo)葉命令，使導(dǎo)葉全關(guān)。

2.2.5 導(dǎo)葉調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀

在調(diào)速器檢修后的安裝過程中，各零部件沒有清洗干凈，造成雜質(zhì)進(jìn)入調(diào)速器內(nèi)部；調(diào)速系統(tǒng)透平油過濾不徹底，或調(diào)速系統(tǒng)油管路檢修后未清理干凈，造成雜質(zhì)進(jìn)入調(diào)速器內(nèi)部；引導(dǎo)閥安裝時(shí)與主配壓閥不同心，導(dǎo)致操作過程中發(fā)生卡澀。根據(jù)實(shí)際情況分析，以上情況均是導(dǎo)致調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀的原因。

3 故障處理

3.1 5號(hào)導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)連接

在蝸殼無(wú)水壓的情況下，將機(jī)組導(dǎo)葉開度調(diào)整至與5號(hào)導(dǎo)葉開度一致，將5號(hào)導(dǎo)葉拐臂與連桿連接向上移動(dòng)3 cm，使5號(hào)導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)上銷軸能夠進(jìn)行連接，用大錘將連桿砸入銷軸，把5號(hào)導(dǎo)葉拐臂與連桿連接牢固。再對(duì)機(jī)組其他導(dǎo)葉拐臂連桿進(jìn)行檢查處理，將上翹的連桿重新固定。

3.2 導(dǎo)葉調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀處理

(1) 檢查調(diào)速器濾油器，對(duì)濾油器進(jìn)行切換，取出濾油器的2個(gè)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)上有些雜質(zhì)，對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清洗回裝?；匮b后試驗(yàn)，手動(dòng)操作調(diào)速器手輪還發(fā)卡。

(2) 對(duì)調(diào)速器進(jìn)行分解，檢查復(fù)中下彈簧和復(fù)中上彈簧動(dòng)作正常，無(wú)卡澀現(xiàn)象。取出引導(dǎo)閥，發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)閥上有雜質(zhì)和磨損現(xiàn)象，主配壓閥內(nèi)也有雜質(zhì)。用清潔吸塵器對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行清理，再用煤油反復(fù)清洗干凈，確認(rèn)無(wú)雜質(zhì)殘留。對(duì)引導(dǎo)閥磨損的部位用細(xì)砂紙進(jìn)行打光。重新更換O型密封墊進(jìn)行回裝，回裝后引導(dǎo)閥活塞能靠自重在閥體內(nèi)自行滑動(dòng)無(wú)卡澀。給壓力油試驗(yàn)調(diào)速器手輪手動(dòng)開關(guān)導(dǎo)葉正常；通過緊急停機(jī)電磁閥上的按鈕停機(jī)，試驗(yàn)自動(dòng)復(fù)中裝置，滿足接力器在5 min內(nèi)的飄移量小于1 mm的自動(dòng)復(fù)中要求后，再將螺母并緊。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過故障現(xiàn)象和原因分析，確定這是調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀引起的調(diào)速器反復(fù)調(diào)節(jié)，造成導(dǎo)葉拐臂連桿脫落，造成機(jī)組振動(dòng)與擺度過大、機(jī)組停機(jī)的連鎖反應(yīng)事件。在以后的設(shè)備檢修中，要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，把安全隱患消除在萌芽狀態(tài)。針對(duì)導(dǎo)葉拐臂連桿容易與控制環(huán)脫落的情況，提出在銷軸上下兩端加裝擋板的措施的建議，防止連桿受振動(dòng)再次脫落。