張懿雄 易萬爽 李興華
摘要:葛洲壩機組在擴大性B修后的調(diào)速器修后機械(無水)試驗中,新更換的事故配壓閥出現(xiàn)了投入后導葉關閉異常緩慢、動作后復歸過程延遲等現(xiàn)象。針對新事配出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象,對事配結構和事配動作油路進行分析,并通過現(xiàn)場重新拆除事配本體進行逐級檢查,最終確定其原因是事配的回油腔側端蓋在出廠時加工錯誤,導致事配在投入和復歸過程中,流過事配閥的油路不順暢。對回油腔側端蓋重新加工處理后,事故配壓閥能夠正常動作。
關鍵詞:事故配壓閥;復歸延遲;動作緩慢;調(diào)速器;葛洲壩
中圖法分類號:TV737
文獻標志碼:A
DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.05.010
葛洲壩機組單機容量170 MW,由東方電機廠生產(chǎn)。由于該機組調(diào)速系統(tǒng)各閥門已運行多年,在2018 - 2019年度的擴大性B修中對包括事故配壓閥(以下簡稱“事配”)在內(nèi)的部分閥門進行了更換。閥門更換后在調(diào)速系統(tǒng)修后機械(無水)試驗中發(fā)現(xiàn),當過速保護電磁閥,即42DCF投入引起事配動作后,導葉向關側移動的速度異常緩慢,關機時間大于3 min,遠超過了事故停機時間標準(少于13 s)。在導葉全關后對42DCF進行復歸,事配未能正常復歸,需要手動操作引導閥到全關位置之后,等待約10 min事配才能復歸。通過對引起該現(xiàn)象的各種原因進行分析,結合現(xiàn)場實際排查,最終找到問題根源并得出相應的解決方法,最終事配能夠正常投入和復歸,使其發(fā)揮事故保護的作用。
1 事配作用
事配是調(diào)速系統(tǒng)至關重要的部件,安裝于調(diào)速器主配壓閥與導葉接力器之間。機組正常運行時事配起到通流作用,并不影響導葉的開啟和關閉。在出現(xiàn)以下任一情況時能夠迅速投入:①機組過速而主配壓閥故障拒動時,調(diào)速系統(tǒng)主油源繞過主配壓閥直接通過事配作用于導葉接力器,使導葉快速關閉,起到保護機組的作用;②調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)事故低油壓現(xiàn)象時,電氣自動元件發(fā)送電信號,事配動作、主配壓閥被切除,事故油源進入投入腔,動作事配使導葉迅速關閉,實現(xiàn)事故停機。事配是調(diào)速系統(tǒng)的后備保護機構,如果在機組出現(xiàn)異常時,事配動作不正常將導致機組失去保護。機組在事故情況下不能及時關閉導葉,將會造成機組轉速迅速升高引起機組振動擺度加大以及軸承燒瓦的現(xiàn)象;嚴重時還會發(fā)生機組飛逸,造成機組的永久性損壞,甚至威脅到廠房的安全。因此,事配的正常動作對機組的安全運行起著舉足輕重的作用。
當系統(tǒng)故障排除后需要再次開機時,復歸事配作為機組再次開機的必要條件,事配能否及時準確復歸也將影響機組恢復正常運行。因此事配的動作和復歸速度對機組的正常、安全運行起著至關重要的作用[1]。
2 事配結構及油路
葛洲壩東方電機廠機組事配為兩位六通閥,檢修時,在事配復歸腔側增加了彈簧幫助閥芯復歸,并增加了一條排油管路直通機坑漏油箱,以防止回油不暢。當機組正常運行時,事配處于復歸狀態(tài),僅起到流通作用。機組過速到一定程度或調(diào)速系統(tǒng)低油壓時,事配投入腔通壓力油,此時事配處于投入狀態(tài),通過主配壓閥輸送的壓力油被阻斷,投入腔直接與接力器關腔相連,接力器開腔與回油相連,促使接力器向關機方向移動。當機組恢復正常后,事配投入腔壓力油被截斷,事配閥芯示意見圖1。事配壓閥裝配見圖2。由于φa> φb>φc,在壓差作用下,事配閥芯往回移動,主配壓閥輸送的壓力油重新與接力器開關腔相連,使調(diào)速系統(tǒng)恢復正常。
與事配投入腔相連的油源有兩個,分別與兩個油閥連接。油閥具有截止閥作用,當油閥上部有壓時,油閥截斷油路;當油閥上腔控制油源失壓時,油閥兩側的油路連通。兩個油閥分別由42DCF和43DCF控制(以下簡稱“42油閥”和“43油閥”),42油閥與主油源相連。當機組達到1 15%Ne時,42DCF動作,主油源與事配投入腔連通使事配投入。43油閥與事故油源連通,當機組達到152%Ne或調(diào)速系統(tǒng)低油壓時,43DCF動作使事故油源與事配投入腔連通,促使機組關機[2]。事配油路詳見圖3。
3 故障現(xiàn)象及原因分析
在調(diào)速系統(tǒng)修后機械試驗中,在機組導葉全關狀態(tài)時,事配出現(xiàn)誤投入現(xiàn)象,并且無法靠閥芯兩側的壓差作用自動復歸,需在開腔通壓力油保持一段時間,然后快速切換機械柜內(nèi)引導閥至關機位置才將事配復歸。對該機組的調(diào)速系統(tǒng)原理與事配閥零件結構進行分析,引起的這種現(xiàn)象的原因可能是:①新事配的復歸回油腔側的彈簧偏短,彈簧壓縮力不足以推動事配閥芯復歸到位;②事配閥芯與事配襯套配合間隙偏大引起來自主配壓閥關腔油管壓力油與投入腔之間發(fā)生竄油現(xiàn)象,無法形成足夠的壓差復歸事配閥芯(在葛洲壩機組中已證實有類似現(xiàn)象發(fā)生)[3-4]。通過引導閥的迅速切換,在事配閥芯受到向復歸側的沖擊油壓作用下,事配閥芯得以復歸。
在調(diào)速系統(tǒng)過速試驗中(試驗時動作42DCF),事配雖然能夠正常投入,但是動作后導葉關閉速度異常緩慢,關機過程用時3 min,遠超過了試驗要求標準[5]。究其原因可能是:①事配閥體內(nèi)或管路中有異物夾雜導致閥體卡塞、動作油路流動不暢;②新事配的復歸回油腔側的彈簧偏長或者彈簧過粗,導致彈簧的彈性系數(shù)偏大,阻礙事配閥芯投入到位;③新事配的結構加工問題引起關閉導葉的油路不順暢[3-4]。
在試驗過程中,通過主配動作關機時,系統(tǒng)中并未聽到管路異響,導葉動作速度正常,因此排除管路中有異物卡塞。事配投入過程中,未聽到事配閥內(nèi)異響,投入腔管路上壓力表也顯示油壓正常,排除事配閥內(nèi)部異物卡塞或投入腔失壓情況。初步確定問題原因在回油腔側,需要拆卸檢查事配閥以進一步確認故障原因。
4 故障處理過程
對事配回油側管路及端蓋進行拆卸,將彈簧取出與舊事配彈簧比較發(fā)現(xiàn),兩個彈簧長度一致、直徑相同,考慮到試驗時事配誤投入且復歸困難,排除因彈簧過長或偏短、直徑偏粗阻礙事配投入與順利復歸,因此發(fā)生此類異常現(xiàn)象的原因與復歸腔側的彈簧沒有關系。然而在比較新舊端蓋時發(fā)現(xiàn),舊事配端蓋的凸起部分和新事配端蓋不一致,與事配閥體的配合部分也有差異(見圖4)。舊事配的凸起部分與閥體的凸起部分位置大小一致,裝配時兩個部分互相頂住,形成4個通油的空腔(見圖5(a));而新事配端蓋凸起部分與閥體凸起部分正好嵌合,形成封閉腔將油路封堵(見圖5(b))。通過裝配圖可知,端蓋和閥體之間應形成油路滿足事配復歸時的回油,而新事配裝配顯然阻塞了回油油路,導致事配投入不徹底,油路不通暢,引起了導葉動作緩慢。
確定故障原因后,對新事配回油側的端蓋重新進行了加工處理,將端蓋原凸起部分切除,使其與閥體凸起部分一致,并調(diào)整端蓋位置使兩個凸起部分頂住,促使油路暢通??紤]到試驗時事配有誤動現(xiàn)象,復歸不暢也可能是由于油路不暢,較穩(wěn)妥的做法為使用長度更長的復歸彈簧,使事配在需要復歸時更為靈活。經(jīng)以上措施處理后,將事配進行重新回裝,并恢復與其相連的管路法蘭。重新進行主油源事故停機、事故油源停機與事配復歸的機械試驗。結果發(fā)現(xiàn),兩次事故停機試驗中事配動作造成導葉全關用時12.6 s,滿足試驗規(guī)程的要求,因此該異常現(xiàn)象已不存在。事配復歸時間在45 s以內(nèi),結果在試驗規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)的,因此事配閥芯復歸出現(xiàn)的延遲現(xiàn)象最終也得以消除[3]。修后試驗數(shù)據(jù)見表1。
5 處理依據(jù)及結果分析
調(diào)速系統(tǒng)油路問題定位是個困難的過程,任何一個小細節(jié)都可能導致問題的發(fā)生。在事配發(fā)生故障后,排除管路異物和復歸彈簧的原因,最終確定為回油側端蓋加工存在問題。根據(jù)新舊端蓋比較和裝配圖分析,新端蓋的凸起部分比舊端蓋要大1倍,且裝配方向正好與閥體的凸起部分嵌合,回油腔油路被完全堵塞,引起事配投入后導葉關閉速度過慢。若將新端蓋調(diào)整方位使凸起部分與閥體頂住,油路較正常情況也會減小一半,導葉關閉速度無法達到要求,因此對新端蓋凸起部分進行切除修整并改變安裝角度,使其與閥體凸起部分完全吻合,從而使回油腔油路恢復正常,加工圖見圖6。
經(jīng)處理,開機過速試驗數(shù)據(jù)正常,驗證了上述分析的正確性,此次處理使回油腔側油路暢通,事配恢復正常,缺陷完全消除。
6 結論
(1)通過現(xiàn)場對事配的實際拆解,證實了事配在出廠時加工失誤是引起關導葉時間異常的原因。因此在使用新設備時,務必檢查各部件與裝配圖的一致性,避免安裝后出現(xiàn)問題。
(2)事配回油腔的彈簧長度及粗細對于事配能否正常動作至關重要,彈簧太長或者太粗會影響事配投入效果,太短則可能造成事配的誤投入,因此選擇合適的彈簧對整個事配動作的穩(wěn)定性非常重要。
(3)調(diào)速系統(tǒng)修后試驗是檢查整個系統(tǒng)問題的重要過程,每一項試驗都需要嚴格按照規(guī)程進行,有助于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題。修后試驗也是機組開機前的一道防線,可為機組正常開機奠定基礎。
(4)通過對試驗現(xiàn)象進行分析,確定事故發(fā)生在回油腔側,故障原因為端蓋加工錯誤。對端蓋加以處理后,在試驗中解決了事配投入后導葉動作緩慢以及事配誤投入的問題。
參考文獻:
[1] 魏守平.水輪機調(diào)節(jié)[M].武漢:華中科技大學出版社,2009.
[2]劉秋華.大中型水電站機組事故停機控制回路設計[J].水力發(fā)電廠,2012,38(8):67-73.
[3] 吳秀蘭.探討水電站機組運行常見故障與處理措施[J-科技與企業(yè),2014(11):338.
[4] 趙傳亮.淺析水輪機調(diào)速器液壓系統(tǒng)常見故障及處理[J].科技展望,2016,26(30):103.
[5]崔巖.水電站水輪機調(diào)速器的調(diào)試與維護[J].科技展望,2015(8):109.
(編輯:李曉瀠)
作者簡介:張懿雄,男,助理工程師,主要從事水輪發(fā)電機組檢修方面的工作。E-mail:596279058@qq.com