段水航

(中國長江電力股份有限公司向家壩電廠，四川 宜賓 644612)

巨型混流式水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械部分主要由水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器三部分構(gòu)成，其中調(diào)速器液壓系統(tǒng)為控制機(jī)構(gòu)，它主要由油壓裝置系統(tǒng)、主配壓系統(tǒng)、事故配壓系統(tǒng)、分段關(guān)閉系統(tǒng)及接力器組成，通過這些子系統(tǒng)的相互協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組開停機(jī)、負(fù)荷調(diào)節(jié)等操作(見圖1)。調(diào)速系統(tǒng)作為水輪發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)的“心臟”，全面控制機(jī)組運(yùn)行，保證輸出電力負(fù)荷的穩(wěn)定性。其功能主要有：在單臺機(jī)組運(yùn)行時用來維持機(jī)組轉(zhuǎn)速的恒定(頻率調(diào)節(jié)模式)；承擔(dān)機(jī)組啟動、停機(jī)、并網(wǎng)和增減負(fù)荷等操作；在并網(wǎng)運(yùn)行時，按有差特性承擔(dān)系統(tǒng)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)按功率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)、水位調(diào)節(jié)模式運(yùn)行；是水電站與機(jī)組的安全監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行裝置之一，事故時通過緊急停機(jī)電磁閥或事故配壓閥快速關(guān)閉導(dǎo)葉切斷水流，使機(jī)組緊急停機(jī)或事故停機(jī)，保護(hù)機(jī)組及電站廠房的安全。

1 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏情況概述

國內(nèi)某巨型電站調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)由3臺大油泵和1臺小油泵共同提供壓力油源，機(jī)組正常運(yùn)行情況下，當(dāng)系統(tǒng)油壓低于6.15 MPa時，小油泵啟動為系統(tǒng)充油補(bǔ)壓至6.3 MPa；機(jī)組備用期間，當(dāng)壓力油罐油壓低于5.9 MPa時或壓油罐油位小于1 635 mm，大油泵啟動為系統(tǒng)充油補(bǔ)壓至6.3 MPa。機(jī)組備用期間，調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏量和壓油泵啟動頻次直接相關(guān)，并成正比。

2017年3月至5月間，某機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)小壓油泵加載時間間隔由50 min減小到18 min，每次加載時長從5 min增加到7 min，加載時間間隔呈逐漸縮短趨勢；機(jī)組停機(jī)備用期間，調(diào)速系統(tǒng)大泵啟動加載時間間隔由24 h減小至1.2 h，自啟能使時間間隔亦呈逐漸縮短趨勢。

兩種情況均可表明調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏情況的惡化：①機(jī)組正常運(yùn)行時，小油泵加載時間間隔縮短、每次加載時長延長；②機(jī)組停機(jī)備用期間，自啟使能間隔時間縮短。

圖1 混流式水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)概覽圖

2 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏危害

水電機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)漏油有外漏和內(nèi)漏兩種情況。外漏主要是油管破裂、接頭松動、緊固不足等情況造成的，只需運(yùn)行維護(hù)人員在機(jī)組狀態(tài)條件允許的情況下，做好安全保證措施即可處理；而內(nèi)漏主要是液壓系內(nèi)部串聯(lián)、并聯(lián)的球閥、主配壓閥、液壓插裝閥、接力器等設(shè)備內(nèi)部零部件或密封老化、損壞造成的，往往比較隱秘，不易被發(fā)現(xiàn)，需要完整的試驗(yàn)流程，甚至借助超聲波流量計(jì)等儀器進(jìn)行檢測，才能夠準(zhǔn)確查找和排除。調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏的危害主要有：

1)停機(jī)備用狀態(tài)下，調(diào)速器液壓系統(tǒng)自啟使能時間間隔縮短，壓油泵啟動頻繁，油泵機(jī)械部件磨損加劇，造成軸承發(fā)熱嚴(yán)重、振動噪聲增大等問題；

2)調(diào)速系統(tǒng)油溫上升，油品黏度降低，進(jìn)一步加劇液壓系統(tǒng)內(nèi)漏情況，形成惡性循環(huán)；

3)壓油泵啟停頻繁，導(dǎo)致聯(lián)軸器彈性體破損，油泵無法運(yùn)轉(zhuǎn)，影響調(diào)速系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可能造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)；

4)調(diào)速系統(tǒng)油溫長期維持在45℃以上，油品加速老化、劣化，調(diào)速系統(tǒng)液壓元件內(nèi)部油泥產(chǎn)生量增加，透平油使用壽命縮短；

5)接力器活塞導(dǎo)向環(huán)破損會導(dǎo)致本體內(nèi)漏，主配壓閥調(diào)節(jié)頻繁，步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器發(fā)熱嚴(yán)重，嚴(yán)重內(nèi)漏會導(dǎo)致負(fù)載時有功晃動，空載時并網(wǎng)困難(見圖2)；

6)在導(dǎo)葉端面間隙測量時，往往需要導(dǎo)葉開度保持在30%左右，調(diào)速系統(tǒng)撤壓過程中，事故配壓閥會在0.8 MPa以下自動動作，如在撤壓過程中進(jìn)行導(dǎo)葉端面間隙測量，調(diào)速系統(tǒng)事故配壓閥主供油源閥的內(nèi)漏，會造成導(dǎo)葉異?？焖訇P(guān)閉，嚴(yán)重威脅測量人員的人身安全。

圖2 接力器導(dǎo)向環(huán)撕裂情況

3 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏試驗(yàn)流程

當(dāng)調(diào)速器液壓系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)漏時能夠迅速找到原因，提出有效的解決辦法十分重要。由于液壓系統(tǒng)是密封帶壓系統(tǒng)，管路中油液的流動情況，液壓元件內(nèi)部的零件動作和密封是否損壞都不易觀察到，因此分析內(nèi)漏的部位和內(nèi)漏原因都比較困難，需要行之有效的試驗(yàn)方案，才能保證準(zhǔn)確、高效的找到內(nèi)漏部位。

觀察調(diào)速系統(tǒng)回油箱內(nèi)冒油情況，步驟為：

1)退出調(diào)速器液壓系統(tǒng)“自啟使能”，打開回油箱上方人孔門蓋板，觀察回油箱有無油液流動跡象，可直觀判斷出漏油管路的所屬回路。

2)如發(fā)現(xiàn)圖1中回油箱1號管路冒油，表明壓油泵出口加載側(cè)單向閥內(nèi)漏，造成壓力油串入油泵出口管路，油泵反轉(zhuǎn)，回油箱中油泵進(jìn)口處冒油。

3)如發(fā)現(xiàn)圖1中回油箱2號管路冒油，表明分段關(guān)閉閥、事故配壓閥或接力器內(nèi)漏。首先全開、全關(guān)相應(yīng)主閥體的控制油源閥，并依次動作事故配壓閥、分段關(guān)閉閥查看回油箱內(nèi)的冒油情況，綜合判斷內(nèi)漏設(shè)備；其次查看接力器進(jìn)、排油管及缸體處是否有較大的竄油聲音，用燥聲儀輔助測量其進(jìn)、出油管處的分貝數(shù)，用紅外線測溫儀輔助測量其管體溫度，同時與其他機(jī)組接力器進(jìn)行橫向比較，綜合判斷接力器內(nèi)漏的情況。

4)如發(fā)現(xiàn)圖1中回油箱3號管路冒油，表明主配壓閥或事故配壓閥內(nèi)漏。首先動作事故配壓閥，查看管路冒油情況，如停止冒油，則確認(rèn)為事故配壓閥內(nèi)漏；如依然冒油，應(yīng)是主配壓閥內(nèi)漏，可查看主配壓閥內(nèi)油流的噪聲情況進(jìn)行確認(rèn)。

5)如發(fā)現(xiàn)回油箱中控制回油管路冒油(因控制油管較多，圖1中未標(biāo)明)，首先懷疑事故配壓閥和分段關(guān)閉閥的控制回油腔和操作油腔串油，結(jié)合全開、全關(guān)控制油源閥和動作事故配壓閥、分段關(guān)閉閥可綜合判斷出內(nèi)漏設(shè)備。

6)如確認(rèn)滲漏點(diǎn)為事故配壓閥或分段關(guān)閉閥，可將該設(shè)備與系統(tǒng)隔離，用打壓泵依次對疑似滲漏點(diǎn)單獨(dú)進(jìn)行打壓試驗(yàn)，可確認(rèn)滲漏部位。

7)可在調(diào)速系統(tǒng)“機(jī)手動”模式下，調(diào)整主配壓閥中位，同時觀察回油箱中主配壓閥回油管的冒油量來判斷主配壓閥是否存在內(nèi)漏。

其他內(nèi)漏情況：①使調(diào)速系統(tǒng)主供油管路保持額定壓力，查看油泵電機(jī)有無反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可判斷油泵出口加載側(cè)單向閥有無內(nèi)漏；啟動1臺泵，并保持卸載狀態(tài)，檢查其他油泵有無反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可判斷油泵出口卸載側(cè)單向閥有無內(nèi)漏；②全開圖1中隔離閥和儲油罐之間的閥門，全關(guān)隔離閥與主配壓閥之間的閥門，觀察系統(tǒng)管路壓力變化情況，可判斷出隔離閥是否內(nèi)漏；③投入緊急停機(jī)電磁閥、動作事故配壓閥、全關(guān)事故配壓閥主供油源閥和事故配壓閥主供油源閥，觀察系統(tǒng)管路壓力表變化情況，如事故配壓閥主供油源閥內(nèi)漏，可在調(diào)速系統(tǒng)撤壓前及時處理，有效防止本文2中第6)條發(fā)生。

4 水電站調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏處理及改進(jìn)建議

4.1 調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏處理

1)針對調(diào)速系統(tǒng)主供油管路上的大通徑球閥，球體密封無法在不拆閥門的情況下更換，如事故配壓閥主供油源閥、主配壓閥主供油源閥、主配壓閥檢修閥等發(fā)生內(nèi)漏，應(yīng)制定方案，及時更換新球閥。

2)針對隔離閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉閥等液壓插裝閥，更換造成內(nèi)漏的密封即可解決內(nèi)漏問題。如插裝閥的殼體密封、活塞密封、襯套密封等?！兑簤翰逖b閥閥芯密封更換裝置》和《液壓插裝閥連接座拆卸裝置》兩個實(shí)用新型專利裝置(見圖3)，可顯著提高更換密封的效率，保證施工過程的安全，專利申請?zhí)枮椋?018210698282和2018210705040。

圖3 液壓插裝閥閥芯密封更換裝置和液壓插裝閥連接座拆卸裝置示意圖

3)針對設(shè)計(jì)原因造成的，更換密封后無法解決內(nèi)漏的密封部位，或更換新密封后，耐久性不足1年的密封部位，應(yīng)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位、制造單位，進(jìn)行密封換型論證。國內(nèi)某巨型水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥連接座密封因O型密封圈內(nèi)漏方面耐久性不足，更換為啞鈴型密封件后，內(nèi)漏問題得到了徹底解決(見圖4)。

圖4 調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥連接座密封換型圖

4)針對接力器的內(nèi)漏，水輪發(fā)電機(jī)組B修或A修時，可將接力器缸蓋拆除，檢查活塞導(dǎo)向環(huán)的使用情況，需要更換時3層導(dǎo)向環(huán)層間錯位120°安裝?；匮b后，制作專用裝置對接力器進(jìn)行打壓試驗(yàn)，測量漏油量。機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，查看接力器進(jìn)、出油管及缸體處的竄油聲音，測量進(jìn)出油管處的分貝數(shù)及管體溫度，與修前接力器的內(nèi)漏情況進(jìn)行比較，提供數(shù)據(jù)支持。

4.2 防止、減小調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏的建議措施

1)對關(guān)鍵部位密封件進(jìn)行“預(yù)防性檢修”。統(tǒng)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)所有密封件，生成匯總表，包括密封件的名稱、型號規(guī)格、安裝部位、已使用年數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)說明等內(nèi)容，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)說明，對可能造成重大外漏、內(nèi)漏后果的密封件，進(jìn)行重點(diǎn)管理，在其使用壽命年限內(nèi)，未失效前進(jìn)行“預(yù)防性檢修”，更換新的密封件。

2)嚴(yán)控制造、加工質(zhì)量。調(diào)速器液壓系統(tǒng)中一些間隙密封，以及由于加工裝配誤差、磨損不均和零件工作變形等產(chǎn)生的縫隙，它們因工作時動作磨損而逐漸增大。當(dāng)油流經(jīng)這些縫隙時，必然引起泄漏。液壓系統(tǒng)各元件生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格控制加工精度，同時盡量縮小裝配誤差，對新投入使用的液壓系統(tǒng)必須認(rèn)真清洗后，才可使用，以消除裝配時留下的各種雜質(zhì)、污物，減小液壓系統(tǒng)運(yùn)行中的磨損。加工制造時保證液壓插裝閥各控制腔之間有足夠的強(qiáng)度，防止機(jī)組運(yùn)行過程中，液壓插裝閥閥體內(nèi)暗管之間被油壓擊穿，威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3)運(yùn)用設(shè)備趨勢分析系統(tǒng)，跟蹤液壓系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律。利用設(shè)備趨勢分析系統(tǒng)，查看各臺機(jī)組運(yùn)行時的油泵加載間隔時間和機(jī)組停機(jī)備用時自啟使能時間間隔等歷史數(shù)據(jù)，生成折線圖等圖表，實(shí)時跟蹤，定期分析。運(yùn)行維護(hù)人員進(jìn)行機(jī)組巡檢時，記錄回油箱油溫、主配壓閥調(diào)節(jié)頻率，以輔助判斷調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏量的變化情況。

4)增設(shè)計(jì)量元器件，輔助分析判斷。調(diào)速器液壓系統(tǒng)會配置一些基本的測量元器件，如壓力油罐、壓力氣罐本體安裝壓力表、空氣安全閥等安全附件，還有液位計(jì)、壓力傳感器、壓力開關(guān)等測量元器件，監(jiān)控壓油罐安全運(yùn)行；系統(tǒng)管路上設(shè)置壓力傳感器、壓力開關(guān)等測量元器件，以監(jiān)控液壓系統(tǒng)管路上的壓力波動。

僅依靠基本測量元器件，運(yùn)行維護(hù)人員較難對調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，必要情況下，可在操作油管和控制油管路上增設(shè)壓力表、流量計(jì)等測量元器件。如在事故配壓閥操作油管路上增加壓力表，可在機(jī)組停機(jī)備用狀態(tài)下，快速判斷事故配壓閥主供油源閥的內(nèi)漏情況；在分段關(guān)閉閥連接座控制油管路上增加壓力表或流量計(jì)，可直觀的判斷出分段關(guān)閉閥的內(nèi)漏情況；在接力器開腔管路上增加壓力表、流量計(jì)，可快速判斷出接力器的內(nèi)漏情況。水電廠生產(chǎn)管理人員可依據(jù)本電站調(diào)速系統(tǒng)的具體布置情況，在不產(chǎn)生設(shè)備安全隱患的情況下，增加必要的計(jì)量元器件，輔助分析判斷調(diào)速系統(tǒng)各閥組的內(nèi)漏情況。

5 結(jié) 語

水電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏是比較常見的問題，同時又是影響調(diào)速系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個比較嚴(yán)重的缺陷。要分析、控制、減小調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)漏量，首先要在設(shè)計(jì)、制造、加工裝配等方面做好管理工作；其次運(yùn)行維護(hù)人員必須充分了解整個液壓系統(tǒng)的動作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和元件及材料配置情況；最后重中之重是對調(diào)速系統(tǒng)各閥組的密封件進(jìn)行閉環(huán)跟蹤管理，在密封失效前進(jìn)行“預(yù)防性檢修”，提出有針對性的措施，可有效控制液壓系統(tǒng)內(nèi)漏問題。水電站運(yùn)行維護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)漏，并積極分析處理，提升調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行特性，保證水電站機(jī)組安全可靠運(yùn)行。