李佳棟，王文超，羅 浩，劉敏琦，王學(xué)成

(雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

某水電站共安裝有6臺(tái)由東方電機(jī)有限公司制造的立軸混流式水輪機(jī)，單機(jī)額定出力611 MW，每臺(tái)機(jī)組均配置有相同型號(hào)的調(diào)速器油壓裝置和自動(dòng)補(bǔ)氣裝置，為水輪機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)提供操作動(dòng)力[1]。在某年度機(jī)組C修后，該水電站4號(hào)機(jī)組調(diào)速器油壓裝置發(fā)生補(bǔ)氣頻繁的問(wèn)題。本文以此問(wèn)題作為切入點(diǎn)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)象分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證，最終找到了調(diào)速器油壓裝置補(bǔ)氣頻繁的原因。

1 調(diào)速器油壓裝置

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該水電站調(diào)速器油壓裝置由1個(gè)容積為12 000 L回油箱、2個(gè)容積為6 250 L的壓力罐、2臺(tái)主用油泵、1臺(tái)輔助油泵、PLC及其自動(dòng)化元件等組成(見(jiàn)圖1)。2個(gè)壓力罐共裝有2/3體積的壓縮空氣和1/3體積的透平油，頂部設(shè)有空氣安全閥，壓力罐裝有自動(dòng)補(bǔ)氣裝置、磁翻柱液位計(jì)、壓力表、壓力開(kāi)關(guān)、壓力變送器。

圖1 調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)圖(局部)

1.2 自動(dòng)補(bǔ)氣工作原理

自動(dòng)補(bǔ)氣裝置控制方式在“自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，PLC能夠根據(jù)壓力罐內(nèi)的壓力和油位自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)氣，使得壓力罐內(nèi)保持適當(dāng)?shù)挠蜌獗壤齕2]。當(dāng)壓力罐油位到達(dá)補(bǔ)氣啟動(dòng)油位且壓力達(dá)到補(bǔ)氣啟動(dòng)壓力時(shí)，PLC自動(dòng)關(guān)閉排氣電磁閥、打開(kāi)補(bǔ)氣電磁閥進(jìn)行補(bǔ)氣；當(dāng)壓力罐油位到達(dá)補(bǔ)氣停止油位或壓力到達(dá)補(bǔ)氣停止壓力或泵運(yùn)行信號(hào)達(dá)到時(shí)，PLC自動(dòng)關(guān)閉補(bǔ)氣電磁閥、打開(kāi)排氣電磁閥進(jìn)行排氣(補(bǔ)氣定值詳見(jiàn)表1)。表1中除油氣比例不協(xié)調(diào)會(huì)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)外，同時(shí)滿足補(bǔ)氣壓力6.0 MPa和補(bǔ)氣油位1 050 mm兩個(gè)條件開(kāi)始補(bǔ)氣，當(dāng)補(bǔ)氣時(shí)間達(dá)到60 s或者壓力罐壓力達(dá)到6.3 MPa時(shí)停止補(bǔ)氣，并不會(huì)觸發(fā)報(bào)警。

表1 自動(dòng)補(bǔ)氣裝置整定值表

2 現(xiàn)象及原因分析

根據(jù)電站以往設(shè)備維護(hù)經(jīng)驗(yàn)及調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)常見(jiàn)缺陷，導(dǎo)致調(diào)速器油壓裝置補(bǔ)氣頻繁的原因基本有以下三點(diǎn)：①調(diào)速器油壓裝置油氣比例不協(xié)調(diào)，自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)油氣比例；②壓力測(cè)量元器件定值漂移；③調(diào)速器油壓裝置管路活接頭、法蘭連接點(diǎn)或焊縫漏氣。

根據(jù)上述原因，通過(guò)對(duì)比4號(hào)機(jī)組C修前后調(diào)速器油壓裝置油罐油位，機(jī)組C修前調(diào)速器壓油罐油位變化區(qū)間為890～1 190 mm，C修后油位變化區(qū)間為880～1 190 mm，油位C修前后幾乎無(wú)明顯差異，因此原因①基本排除；查詢(xún)機(jī)組C修工作票，檢修人員在檢修期間對(duì)自動(dòng)控制元件進(jìn)行過(guò)檢驗(yàn)和更換，因此測(cè)量元件存在問(wèn)題可能性極小，原因②基本排除；因此極有可能為調(diào)速器油壓裝置活接頭、法蘭連接點(diǎn)或焊縫存在漏氣。

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)曲線分析

在調(diào)速器油壓裝置不漏氣的理想狀態(tài)下，系統(tǒng)壓力下降由正常使用消耗、管路和液壓機(jī)構(gòu)的輕微內(nèi)漏導(dǎo)致[3]。當(dāng)系統(tǒng)壓力下降至6.1 MPa后油泵會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)油，將壓力提升至6.3 MPa，油罐內(nèi)液位和壓力會(huì)始終維持在某一固定常數(shù)值。但在實(shí)際情況中，導(dǎo)致調(diào)速器油壓裝置壓力下降的原因?yàn)檎Ｊ褂孟?、調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏和壓力罐漏氣三者[4]。假設(shè)機(jī)組正常使用消耗、調(diào)速器液壓系統(tǒng)內(nèi)漏速率不變，如果在某段時(shí)間內(nèi)氣體泄漏成為壓力下降的主要因素，那么總是油罐壓力先到達(dá)啟泵壓力6.1 MPa，而油位卻高于啟泵油位1 050 mm，此時(shí)控制系統(tǒng)不會(huì)啟泵補(bǔ)油。直至壓力罐內(nèi)油位下降至1 050 mm滿足啟泵條件時(shí)控制系統(tǒng)才會(huì)發(fā)令啟動(dòng)油泵。因此壓力罐內(nèi)最低油位始終會(huì)維持在1 050 mm附近，而壓力則會(huì)因等待啟泵油位條件滿足而持續(xù)下降，最終小于啟泵壓力6.1 MPa。

在壓力罐持續(xù)漏氣的情況下，油罐壓力從6.3 MPa下降至6.1 MPa，壓力罐最高油位會(huì)隨著油泵的啟停逐漸升高以補(bǔ)償氣體泄漏損失的壓力，而最低壓力則會(huì)因?yàn)閴毫迌?nèi)最高油位不斷上升而逐漸降低。當(dāng)壓力罐最低壓力下降至補(bǔ)氣啟動(dòng)壓力6.0 MPa且油位下降至1 050 mm時(shí)滿足自動(dòng)補(bǔ)氣條件，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置為壓力罐補(bǔ)充氣體，當(dāng)補(bǔ)氣至停止壓力6.3 MPa或補(bǔ)氣1 min時(shí)停止補(bǔ)氣，此時(shí)壓油罐油位基本維持在1 050 mm，之后隨著最低壓力下降至滿足啟動(dòng)油泵補(bǔ)油條件，開(kāi)始啟動(dòng)油泵進(jìn)行補(bǔ)油。

綜上所述，當(dāng)調(diào)速器油壓裝置壓力下降的主導(dǎo)因素為氣體泄漏時(shí)，其油罐壓力曲線和油罐油位曲線必有以下特征：①油罐壓力曲線上端維持平穩(wěn)，下端呈現(xiàn)鋸齒狀；②油罐油位曲線下端維持平穩(wěn)，上端呈現(xiàn)鋸齒狀。

由圖2可以看出4號(hào)機(jī)組調(diào)速器油壓裝置油罐油位與壓力曲線完全符合上述兩點(diǎn)特征，可初步判斷調(diào)速器補(bǔ)氣頻繁原因?yàn)閴毫薮嬖跉怏w泄漏。

圖2 壓力、油位隨時(shí)間變化曲線圖

2.2 設(shè)備統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

查詢(xún)檢修記錄得知4號(hào)機(jī)組于某年01月04日至18日C修，通過(guò)對(duì)比機(jī)組C修前后1個(gè)月的調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣次數(shù)及自動(dòng)補(bǔ)氣時(shí)長(zhǎng)(數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表2)，可以看出4號(hào)機(jī)組在C修前后，在機(jī)組同等運(yùn)行工況下，C修后機(jī)組在運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)較短的情況下，補(bǔ)氣次數(shù)和補(bǔ)氣時(shí)長(zhǎng)反而均有明顯增加，進(jìn)一步證明調(diào)速器油壓裝置壓力罐存在漏氣。

表2 機(jī)組C修前后補(bǔ)氣時(shí)長(zhǎng)及次數(shù)表

為驗(yàn)證分析結(jié)論的正確性，運(yùn)行人員使用檢漏劑對(duì)調(diào)速器油壓裝置所有的活接頭、法蘭連接點(diǎn)及相關(guān)焊縫進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)，最終發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)調(diào)速器壓力罐底部一處焊縫存在明顯漏氣，漏氣點(diǎn)如圖3所示(紅色圈內(nèi))。

圖3 調(diào)速器油壓裝置漏氣點(diǎn)圖

3 結(jié) 語(yǔ)

調(diào)速器油壓裝置作為水電機(jī)組調(diào)速器的重要?jiǎng)恿?lái)源，對(duì)于機(jī)組轉(zhuǎn)速控制、機(jī)組一次調(diào)頻和二次調(diào)頻動(dòng)作有著至關(guān)重要的作用[5]。如果在運(yùn)維過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)此類(lèi)焊縫泄漏等隱蔽缺陷，可能會(huì)導(dǎo)致調(diào)速器油壓裝置失壓，進(jìn)而對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行和電力系統(tǒng)安全產(chǎn)生嚴(yán)重不利影響，甚至威脅人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此對(duì)此類(lèi)重要特種設(shè)備，首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行分析水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類(lèi)隱蔽缺陷；其次還應(yīng)根據(jù)設(shè)備使用年限，對(duì)焊縫等薄弱部件進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)維護(hù)和檢查，及時(shí)消除隱蔽缺陷，確保人身和設(shè)備安全。