羅海龍

（國投云南大朝山水電有限公司，云南 昆明650213）

0 引言

大朝山水電站位于云南省西部瀾滄江中下游河段，大壩右岸的地下廠房共設(shè)計(jì)安裝有6臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)發(fā)電機(jī)組額定容量為225 MW，總裝機(jī)容量為1 350 MW，首臺(tái)機(jī)組于2001年12月投產(chǎn)發(fā)電，2003年10月6臺(tái)機(jī)全部建成并網(wǎng)發(fā)電，向云南電網(wǎng)和西電東送工程輸送強(qiáng)大電流，現(xiàn)已成為云南電網(wǎng)主要調(diào)峰調(diào)頻電廠之一。

水輪機(jī)調(diào)速器承擔(dān)著機(jī)組開停機(jī)、并網(wǎng)發(fā)電、轉(zhuǎn)速控制、增減機(jī)組出力、事故緊急停機(jī)等各類復(fù)雜工況的重要任務(wù)，調(diào)速器油泵是為調(diào)速器導(dǎo)葉接力器動(dòng)作提供能量的重要設(shè)備之一，油泵的頻繁啟動(dòng)不僅會(huì)降低油泵的利用壽命，還會(huì)造成廠用電量的增加，加快壓力油的劣化速度，對發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成一定威脅。

1 概述

油壓裝置主要作用是為調(diào)速器系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力油源，是調(diào)速器穩(wěn)定動(dòng)作的重要條件，油壓裝置包含：壓力油罐、回油箱、螺桿泵、電動(dòng)機(jī)、插裝式組合閥組、自動(dòng)補(bǔ)氣裝置、過濾器等設(shè)備。我廠調(diào)速器油壓裝置型號(hào)為YZ-12.5-4，每臺(tái)機(jī)1套，壓力油罐工作介質(zhì)為壓縮空氣和L-TSA32防銹汽輪機(jī)液壓油，油壓裝置額定工作油壓為4.0 MPa，配套設(shè)置了額定壓力5.0 MPa的高壓氣系統(tǒng)，設(shè)置了2個(gè)高壓壓力儲(chǔ)氣罐（2×3 m3）和2臺(tái)英格索蘭公司生產(chǎn)的H15 T2 XB25/80-FF型空氣壓縮機(jī)，壓力氣罐設(shè)置有一套西安江河電站技術(shù)開發(fā)公司生產(chǎn)的B302-2型自動(dòng)補(bǔ)氣裝置，通過自動(dòng)補(bǔ)氣裝置或手動(dòng)補(bǔ)氣方式給壓力油罐補(bǔ)氣。根據(jù)機(jī)組導(dǎo)葉接力器腔體體積、活動(dòng)導(dǎo)葉最快關(guān)閉時(shí)間、壓力管道承受最大水錘壓力、接力器最低操作油壓等因素，經(jīng)過調(diào)速器工作壓力罐容積計(jì)算，最終選用圓筒式壓力油罐，容積為12.5 m3，額定工作油壓為4.0 MPa，回油箱容積12.5 m3，容油量6 m3。在回油箱面板上布置了2臺(tái)LY-10-4型螺桿泵，額定功率75 kW，單臺(tái)油泵供油量10 L/s，每套油泵出口配置了1套德國博世-力士樂公司生產(chǎn)的組合式插裝閥組，閥組是一個(gè)具有單向逆止、延時(shí)加載、安全溢流及卸荷旁通等作用的多功能集合閥組，是油壓裝置非常重要的部件。當(dāng)油壓降至3.6 MPa且油位低于680 mm時(shí)啟動(dòng)工作油泵，當(dāng)油壓降至3.5 MPa且油位低于680 mm時(shí)啟動(dòng)備用油泵，若備用泵啟動(dòng)且油壓繼續(xù)降低，直至低于事故低油壓2.8 MPa時(shí)，立即發(fā)信號(hào)至監(jiān)控系統(tǒng)，若持續(xù)時(shí)間大于1 s（防止油壓采集回路及變送回路受外部瞬時(shí)干擾造成保護(hù)誤動(dòng)），則通過控制柜內(nèi)兩塊硬壓板分別送至機(jī)組現(xiàn)地LCU和后備保護(hù)PLC觸發(fā)機(jī)械事故停機(jī)流程。

機(jī)組調(diào)速器均采用東方電機(jī)公司生產(chǎn)的HGS-X20型數(shù)字式微機(jī)調(diào)速器電氣柜和HGS-H21-150-4.0型全液控機(jī)械柜。為防止機(jī)組過速發(fā)生飛逸事故，在機(jī)組導(dǎo)葉接力器的主供油回路中加裝了東方電機(jī)公司生產(chǎn)的GC/DG-150型事故配壓閥，事故配壓閥的操作油路、控制油路與調(diào)速器機(jī)械柜的油路相互獨(dú)立，事故配壓閥沒有設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的事故壓力油罐。

2 油泵頻繁啟動(dòng)原因分析

調(diào)速器油泵頻繁啟動(dòng)的原因多種多樣，既有油壓裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的原因，也有油泵啟動(dòng)控制回路的原因，根據(jù)多年運(yùn)行檢修經(jīng)驗(yàn)，歸納下來主要包含以下幾個(gè)方面：

2.1 調(diào)速器主配壓閥間隙偏大、密封不嚴(yán)

機(jī)械柜結(jié)構(gòu)上采用電液伺服比例系統(tǒng)，其中主配壓閥是最為核心的機(jī)械液壓部件，主配壓閥的加工精度、裝配質(zhì)量、控制精度、使用環(huán)境溫度變化等因素直接影響著調(diào)速器調(diào)節(jié)性能。如圖1所示，主配壓閥由閥芯和閥套組成，直徑150 mm，最大工作行程±10 mm，主閥在最大工作行程時(shí)活塞漏油量要求小于0.5 L/min，從機(jī)構(gòu)原理上看是一個(gè)三位四通閥，主配壓閥采用立式安裝，與臥式安裝相比閥芯在重力作用下閥芯和閥套間油膜均勻，不易發(fā)生卡澀。當(dāng)液壓油中含有雜質(zhì)時(shí)，液壓油進(jìn)入主配壓閥，將會(huì)對閥芯或閥套造成明顯劃痕，在開關(guān)導(dǎo)葉時(shí)，上下腔存在壓差，將會(huì)在劃痕處形成射流，加劇劃痕深度和寬度；當(dāng)液壓油油質(zhì)不合格時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主配壓閥內(nèi)壁產(chǎn)生銹蝕或砂眼，造成閥芯和閥套的間隙增大超標(biāo)，導(dǎo)致漏油加劇，最終造成油泵頻繁啟動(dòng)補(bǔ)油。

2.2 導(dǎo)葉接力器密封不嚴(yán)，存在漏油現(xiàn)象

導(dǎo)葉接力器采用雙直缸式，接力器活塞直徑700 mm，動(dòng)作行程830 mm，活塞采用漲環(huán)密封形式，規(guī)定接力器缸與活塞間的漏油量不得超過0.53 L/min，我廠曾出現(xiàn)過下面幾次因接力器問題導(dǎo)致漏油增大的事件：

（1）3號(hào)機(jī)組檢修過程中發(fā)現(xiàn)上游側(cè)導(dǎo)葉接力器端蓋出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，檢查主要是廠房-X方向端蓋把緊螺絲4顆出現(xiàn)松動(dòng)原因造成，重新將螺絲緊固后，間隙由之前的19 mm調(diào)整為18 mm，并將頂絲把緊，經(jīng)過處理后5 d均未出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。但是在某晚間機(jī)組停機(jī)后發(fā)現(xiàn)漏油加大，漏油幾乎成線狀。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)廠房-X方向4顆螺絲松動(dòng)，用手可以擰動(dòng)，而廠房+X方向4顆螺絲較緊，后將所有螺絲緊固，測量端蓋間隙，廠房-X方向?yàn)?5～16 mm，靠廠房+X方向?yàn)?7 mm。分析出現(xiàn)此情況的原因，是在機(jī)組檢修時(shí)更換端蓋4道V型密封，在安裝過程中出現(xiàn)受力不均勻，導(dǎo)致端蓋間隙不均勻，造成漏油增大。

圖1 主配壓閥裝配圖

（2）某日巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組水車室上游側(cè)調(diào)速器導(dǎo)葉接力器漏油，在機(jī)組檢修時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)，接力器關(guān)腔排油管堵頭環(huán)形焊縫上有一個(gè)較大的滲油點(diǎn)，對滲漏點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊并對接力器關(guān)腔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)檢查不再漏油。

（3）發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)組調(diào)速器上游側(cè)導(dǎo)葉接力器開腔操作油管法蘭輕微滲油。機(jī)組檢修時(shí)拆開滲油法蘭檢查，發(fā)現(xiàn)法蘭密封處有長度30 mm的破損，滲油由此引起，更換法蘭密封并經(jīng)充壓力油檢查已無滲油。

2.3 主配壓閥位置反饋故障

調(diào)速器導(dǎo)葉接力器上安裝有三路MTS型位移傳感器，其中一路送至機(jī)組LCU，另外兩路將全開全關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20 mA電流信號(hào)輸出至調(diào)速器電氣柜，在電氣柜經(jīng)信號(hào)隔離模塊轉(zhuǎn)為2～10 V電壓信號(hào)用于調(diào)速器A/B通道控制。當(dāng)主用位移傳感器故障后，切至備用傳感器運(yùn)行，當(dāng)兩路傳感器均故障后，則切換通道，當(dāng)兩個(gè)通道導(dǎo)葉位移傳感器測量均故障時(shí)則自動(dòng)切至現(xiàn)地機(jī)械手動(dòng)控制方式。主配壓閥僅采用一路LVDT型電磁非接觸式位移傳感器，該傳感器將主配壓閥±10 mm的位移轉(zhuǎn)換為±10 V電壓信號(hào)輸出至調(diào)速器電氣柜。

調(diào)速器隨動(dòng)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)，一個(gè)是由主閥位置反饋構(gòu)成的內(nèi)環(huán)控制，另一個(gè)為導(dǎo)葉位置反饋構(gòu)成的外環(huán)控制（部分廠站稱作大環(huán)、小環(huán)控制），經(jīng)過處理計(jì)算后輸出控制信號(hào)作用于伺服比例閥以達(dá)到控制導(dǎo)葉開度目的，實(shí)現(xiàn)調(diào)速器的自動(dòng)調(diào)節(jié)。因?qū)~接力器有兩路位移傳感器，互為備用，某一路斷線或燒毀時(shí)輸出電流會(huì)變?yōu)? mA，反饋不在4～20 mA范圍，調(diào)速器較為容易判斷反饋是否正確，但主閥位移傳感器僅一路，發(fā)生斷線、燒毀和主配正常情況回中時(shí)輸出電壓信號(hào)均為0 V，該值處在監(jiān)測的正常范圍，調(diào)速器不易判斷故障和報(bào)警。國內(nèi)曾發(fā)生多次因主配壓閥反饋故障導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)生抽動(dòng)和功率波動(dòng)的事件，下面將簡單說明主配壓閥反饋故障導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)發(fā)生抽動(dòng)的原因。

圖2為我廠調(diào)速器隨動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖，當(dāng)機(jī)組檢修或隨機(jī)組運(yùn)行主閥反饋發(fā)生零飄，即主閥實(shí)際已回中，但反饋不為零，即判斷向開或關(guān)方向漂移；當(dāng)調(diào)速器接收到有功負(fù)荷設(shè)定或?qū)~開度設(shè)定指令時(shí)，調(diào)速器控制系統(tǒng)經(jīng)過功率模式或開度模式PID運(yùn)算，將PID計(jì)算輸出至隨動(dòng)控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)，即給定一個(gè)新的導(dǎo)葉開度值。在外環(huán)控制環(huán)節(jié)，新的導(dǎo)葉開度給定值與導(dǎo)葉位置反饋值進(jìn)行差值運(yùn)算，并經(jīng)過系數(shù)K0的調(diào)整，形成主閥位置給定值，進(jìn)入內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)。在內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)，由于主閥位置反饋信號(hào)存在偏差，將造成調(diào)速器輸出超調(diào)，隨之造成導(dǎo)葉超調(diào)，外環(huán)控制環(huán)節(jié)輸出反向調(diào)整命令調(diào)整導(dǎo)葉開度，而在進(jìn)入內(nèi)環(huán)控制后，導(dǎo)葉反向調(diào)節(jié)又會(huì)超調(diào)，如此反復(fù)，形成循環(huán)，造成導(dǎo)葉反復(fù)來回動(dòng)作。當(dāng)主閥位移傳感器燒毀或信號(hào)回路斷線時(shí)，將會(huì)造成反饋為0 V，保持此值不變，內(nèi)環(huán)控制實(shí)質(zhì)已變成開環(huán)控制，將加劇調(diào)速器超調(diào)現(xiàn)象。最終造成主閥抽動(dòng)，導(dǎo)葉動(dòng)作頻繁，壓力油使用增加，輕則發(fā)生頻率波動(dòng)，重則機(jī)組發(fā)生功率振蕩，甚至機(jī)組因?qū)~動(dòng)作頻繁造成調(diào)速器壓油裝置油壓過低事故停機(jī)。

圖2 調(diào)速器隨動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖

2.4 油泵出口組合式插裝閥組調(diào)整不到位或故障

如圖3所示，油泵出口組合式插裝閥組由單向逆止閥、卸載旁通閥、加載電磁閥、安全閥等組成，油泵啟動(dòng)過程是先由繼電器吸合通過軟起動(dòng)器啟動(dòng)油泵，此時(shí)油泵啟動(dòng)后短時(shí)油壓不穩(wěn)定經(jīng)卸載旁通閥流回至回油箱，待油泵運(yùn)行平穩(wěn)后，經(jīng)PLC設(shè)定延時(shí)，加載電磁閥帶電，關(guān)閉卸載旁通閥，油泵出口油壓打開止回閥（壓力設(shè)定開啟壓力＞4.05 MPa，全開壓力＜4.3 MPa），液壓油進(jìn)入壓力油罐；停泵時(shí)加載電磁閥先失電，卸載旁通閥打開，止回閥關(guān)閉，液壓油經(jīng)卸載旁通閥流回回油箱，經(jīng)PLC設(shè)定延時(shí)將泵停止運(yùn)行，這樣設(shè)計(jì)目的是保護(hù)油泵平穩(wěn)啟動(dòng)、加載和卸載。除此之外還配置有安全閥，當(dāng)油泵出口壓力超過定值時(shí)將排掉卸載旁通閥控制腔的油壓，強(qiáng)制打開卸載旁通閥卸壓，以此保護(hù)壓力油罐。

教師在運(yùn)用《教師法》維護(hù)自己合法權(quán)益往往遇到這種問題：想申訴卻苦于沒有渠道。這就是存在的問題之一：申訴制度的不完善。申訴制度不完善不單指申訴渠道單一還包括其他渠道及相應(yīng)的保障措施沒有形成相應(yīng)的體系，除此以外教師申訴制度的操作性不強(qiáng)，是另一個(gè)弊端。申訴制度脫離了最廣泛，而最真實(shí)的民情，但真正到了用的時(shí)候可用性和操作性并不強(qiáng)，所以當(dāng)教師用法律維護(hù)自己權(quán)益的時(shí)候，他并不能發(fā)揮真正的作用，反而更像一個(gè)擺設(shè)。

圖3 油泵啟動(dòng)管路圖

某日監(jiān)控發(fā)“1號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油裝置2號(hào)泵運(yùn)行時(shí)間過長”報(bào)警信號(hào)（此報(bào)警信號(hào)動(dòng)作邏輯為油泵啟動(dòng)后延時(shí)120 s且油泵仍在運(yùn)行），現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)調(diào)速器油壓裝置控制柜上有卸荷閥啟動(dòng)指示燈點(diǎn)亮（油泵運(yùn)行且加載電磁閥未動(dòng)作時(shí)點(diǎn)亮該指示燈），油壓顯示為3.4 MPa，油位440 mm（但備用1號(hào)泵沒有自動(dòng)啟動(dòng)），立即手動(dòng)停止2號(hào)泵，啟動(dòng)1號(hào)油泵建壓正常。經(jīng)檢查確認(rèn)是由2號(hào)油泵加載電磁閥故障所引起，更換電磁閥后試驗(yàn)正常。也曾出現(xiàn)過因?yàn)榧虞d電磁閥端子松動(dòng)，造成油泵啟動(dòng)后未向油罐打油的情況。

若單向逆止閥密封不嚴(yán)，壓力油罐液壓油倒流回回油箱，或因安全閥彈簧預(yù)緊力調(diào)整不當(dāng)，動(dòng)作定值偏低，導(dǎo)致還未到油泵停泵油壓時(shí)安全閥動(dòng)作，以上兩種情況都會(huì)造成油泵啟動(dòng)頻繁。

2.5 壓力油罐油氣比例不協(xié)調(diào)

正常運(yùn)行時(shí)壓力油罐內(nèi)油體積與氣體積按1：2比例進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)氣體所占比例減少時(shí)，使得壓力油罐儲(chǔ)能降低，調(diào)速器動(dòng)作使用同樣體積油，壓力將下降更多，造成油壓達(dá)到啟泵壓力時(shí)間更短，油泵啟動(dòng)頻繁。

2.6 油氣管路密封不嚴(yán)，存在漏油漏氣問題

油氣管路、接頭、閥門、法蘭、焊縫密閉性不良，很容易造成漏氣、漏油現(xiàn)象，我廠曾出現(xiàn)過下面兩次因管路問題導(dǎo)致漏油增大的事件：①某日發(fā)現(xiàn)5號(hào)機(jī)調(diào)速器泄油閥關(guān)閉不嚴(yán)，漏油量不大但已成線狀漏油，判斷為球閥密封缺陷導(dǎo)致漏油，經(jīng)過更換新的閥門后，檢查無滲漏。②某日發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓力油罐的液位計(jì)上法蘭處漏氣，使用肥皂水檢查能夠看到明顯漏氣現(xiàn)象，經(jīng)檢查是截止閥密封墊漏氣，更換后無滲漏。

2.7 調(diào)速器動(dòng)作頻繁

正常運(yùn)行時(shí)機(jī)組需投入AGC中調(diào)控制，調(diào)度通過設(shè)定總有功來控制全廠負(fù)荷，經(jīng)過AGC計(jì)算后，將各機(jī)組有功設(shè)定值送機(jī)組LCU。我廠AGC部分邏輯為：當(dāng)單機(jī)負(fù)荷波動(dòng)之和＞3 MW時(shí)，AGC控制將重新進(jìn)行有功設(shè)定值計(jì)算分配，當(dāng)負(fù)荷變化之和＞3 MW而≤25 MW且分配后的機(jī)組出力在160～225 MW之間時(shí)，則對優(yōu)先級(jí)最高的機(jī)組重新進(jìn)行負(fù)荷設(shè)定（其他機(jī)組不變）；當(dāng)負(fù)荷變化之和＞3 MW而≤25 MW且分配后的機(jī)組出力不在160～225 MW之間時(shí)或當(dāng)負(fù)荷變化之和＞25 MW時(shí)，則對所有AGC控制機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算分配，這就造成優(yōu)先級(jí)別高的機(jī)組調(diào)速器調(diào)節(jié)更為頻繁，統(tǒng)計(jì)某一周內(nèi)機(jī)組調(diào)速器動(dòng)作次數(shù)，優(yōu)先級(jí)別最高的1號(hào)機(jī)調(diào)速器油泵啟動(dòng)間隔平均值較其他機(jī)組縮短12 min。

3 應(yīng)對措施及建議

針對每種原因，應(yīng)制定相互對應(yīng)的解決辦法，對具體問題提出針對性的措施：

（2）為防止因主配壓閥位移反饋故障導(dǎo)致主閥發(fā)生抽動(dòng)，增加導(dǎo)葉動(dòng)作頻次，可參照部分廠站使用主閥位移反饋輸出為0～20 mA電流信號(hào)的傳感器或設(shè)置2套位移傳感器的方法，以此來避免因主閥反饋故障導(dǎo)致內(nèi)環(huán)失效調(diào)速器超調(diào)的現(xiàn)象。

（3）優(yōu)化調(diào)速器PLC控制邏輯，設(shè)置合理的啟泵壓力、起泵油位、補(bǔ)氣油位等參數(shù)定值，充分考慮實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的各種運(yùn)行工況，統(tǒng)籌兼顧可靠性與靈活性，做好接觸器、軟起動(dòng)器、電磁閥、安全閥等重要零部件檢查維護(hù)工作，定期輪換機(jī)組AGC調(diào)節(jié)優(yōu)先級(jí)別，這樣才能達(dá)到油壓裝置平穩(wěn)、協(xié)調(diào)運(yùn)行的目的。

（4）在日常檢查試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)環(huán)境溫度、運(yùn)行工況等條件合理調(diào)整壓力油罐油氣比例，注意檢查壓油裝置各管路、法蘭、閥門是否存在“三漏”現(xiàn)象，出現(xiàn)時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，避免擴(kuò)大。

4 結(jié)語

總而言之，調(diào)速器是發(fā)電機(jī)組的重要的設(shè)備之一，本文針對水輪機(jī)調(diào)速器油泵頻繁啟動(dòng)這一故障做了簡要的分析和探討，但實(shí)際運(yùn)行中隨工況變化原因復(fù)雜多樣，油泵頻繁啟動(dòng)也將對發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行產(chǎn)生一定影響，對于油泵啟動(dòng)頻繁問題應(yīng)仔細(xì)分析，采取切實(shí)有效地應(yīng)對措施辦法，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。