丹江電廠一起調(diào)速器故障處理

徐國盛 郭 婭 段清川 羅俊凱

（1.湖北省漢江水利水電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司丹江口水力發(fā)電廠 丹江口市 442700；2.湖北省漢江水利水電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司水電公司 丹江口市 442700；3.湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司 長沙市 410014）

丹江口水力發(fā)電廠共裝有6臺150 MW水輪發(fā)電機(jī)組，1968年10月1日，丹江口水電廠首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，6號機(jī)組于1973年10月投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組形式為立軸全傘式。隨著南水北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高后，大壩由初期正常蓄水位157 m，將提高至170 m，由于大壩加高后水頭增高，為適應(yīng)水力參數(shù)的變化，水輪機(jī)要做相應(yīng)的改造。2007～2013年，電廠對5臺水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改造，其中6號機(jī)組于2013年進(jìn)行完水輪機(jī)及調(diào)速器改造。改造后水輪機(jī)型號：HLF211AO-LJ-595，額定出力170.25 MW，額定水頭63.5 m，額定流量301.4 m3/s。調(diào)速器為雙冗余比例伺服閥式全可編程水輪機(jī)調(diào)速器，型號：WDT-150，主配壓閥活塞直徑150 mm，接力器活塞直徑750 mm。丹江電廠每臺機(jī)組均有一套油壓裝置，包含油泵、壓油罐、集油槽、漏水泵等組成，兩臺油泵互為備用，供油量10 L/s。6號機(jī)自21世紀(jì)初，油壓較其它機(jī)組下降較快,壓油泵啟停頻繁。特別是2013年水輪機(jī)和調(diào)速器改造之后，壓油泵啟停更加頻繁。

1 情況簡介

丹江電廠調(diào)速系統(tǒng)額定壓力為2.5 MPa，油泵啟停壓力設(shè)定分別為2.3 MPa和2.5 MPa。正常情況下，油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔一般在（40～90）min之間，但6號機(jī)調(diào)速系統(tǒng)于2000年開始出現(xiàn)油壓下降較快現(xiàn)象，壓油泵啟停較其它機(jī)組頻繁，一般為其它機(jī)組3～4倍頻次。電廠利用機(jī)組檢修時(shí)間，對6號機(jī)調(diào)速器及其它設(shè)備進(jìn)行檢查，并更換了事故配壓閥活塞，但未有好轉(zhuǎn)現(xiàn)象。特別是2013年水輪機(jī)和調(diào)速器改造后，隨著水位升高，發(fā)現(xiàn)6號機(jī)調(diào)速系統(tǒng)壓力下降變快，壓油泵啟動(dòng)更加頻繁。2013年7月19日3時(shí)許，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)6號機(jī)調(diào)速系統(tǒng)壓力下降較快，壓油泵約1 min啟動(dòng)一次，調(diào)速器機(jī)柜內(nèi)有較大油流聲。測量壓油罐罐體油溫達(dá)到51℃，油泵出口溫度60℃，已超出國標(biāo) GB/T 9652.1-2007使用油溫（10～50）℃范圍要求，由于調(diào)速系統(tǒng)壓力無法保證長時(shí)間保持，造成機(jī)組被迫停機(jī)。停機(jī)后將機(jī)組進(jìn)水口快速門落下，對調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查，包括液壓平衡試驗(yàn)、液壓隨動(dòng)試驗(yàn)、壓油泵安全閥動(dòng)作試驗(yàn)、機(jī)組無水模擬開機(jī)等試驗(yàn)，均未檢查出原因。

2 故障分析

2.1 試驗(yàn)情況

由于調(diào)速系統(tǒng)壓力油通過管道內(nèi)部封閉流動(dòng)，外部無法直接觀察流向及流量，且調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備較多，主要包括輔助配壓閥、主配壓閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉閥、接力器、壓油泵、壓油罐、閥組、接力器鎖錠、技術(shù)供水操作液壓閥等，分析排除工作困難，只能通過間接方法測量分析。

技術(shù)人員首先全面檢查了系統(tǒng)各管路無漏油漏氣情況，調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)、機(jī)械零點(diǎn)飄移均符合要求，因此初步判斷為內(nèi)部漏油。隨后對調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了大量試驗(yàn)，現(xiàn)將試驗(yàn)檢查情況詳述如下：

（1）在停機(jī)狀態(tài)時(shí)，測量壓油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔30 min，而其它機(jī)組則大于2 h。

（2）在無水狀態(tài)時(shí)，在各導(dǎo)葉開度下，接力器無位移，壓油泵也無頻繁啟動(dòng)現(xiàn)象，且調(diào)速系統(tǒng)可長時(shí)間保持壓力不下降。

（3）在無水狀態(tài)下，將導(dǎo)葉全開，并保持調(diào)速器手動(dòng)操作在開位（即接力器開機(jī)腔保持壓力），記錄油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔3 min。

（4）2014年10月份當(dāng)水頭達(dá)到70m，機(jī)組負(fù)荷在150 MW萬以上時(shí)，油泵（7～8）min 啟動(dòng)一次，負(fù)荷在（70～80）MW 時(shí)，油泵（3～5）min啟動(dòng)一次，而其它機(jī)組油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔均為（1～2）h。

（5）將調(diào)速器切手動(dòng)后，觀察接力器有較快回關(guān)現(xiàn)象，8 min后，機(jī)組負(fù)荷由169 MW溜至110 MW，用百分表測量引導(dǎo)閥只有0.10 mm行程，壓油罐壓力由2.5 MPa降至 2.4 MPa。

（6） 2015年 6月 4日，試驗(yàn) 5、6號機(jī)組在手動(dòng)狀態(tài)下機(jī)組負(fù)荷及導(dǎo)葉開度變化情況。手自動(dòng)切換時(shí)負(fù)荷均為150 MW，記錄時(shí)間8 min。用百分表測量5號機(jī)調(diào)速器引導(dǎo)閥上移0.1 mm，機(jī)組負(fù)荷長時(shí)間基本無變化，導(dǎo)葉開度由切換前的60.7%，變化為60.19%，變化率0.5%。6號機(jī)調(diào)速器引導(dǎo)閥上移0.1 mm，機(jī)組負(fù)荷由切換前150 MW，變?yōu)?37 MW，導(dǎo)葉開度由切換前的62%，變化為53.5%，變化率8.5%。詳見表1。

（7）用紅外測溫儀測量調(diào)速系統(tǒng)油管路外表面溫度，以此輔助判斷系統(tǒng)油內(nèi)部流向。經(jīng)測量壓油罐溫度36.4℃，主配至事故配壓閥開機(jī)側(cè)油管溫度36℃，主配至事故配壓閥關(guān)機(jī)側(cè)油管溫度33.4℃，事故配壓閥至集油槽回油管溫度36.2℃。詳見附圖。

表1 5、6號機(jī)導(dǎo)葉開度變化統(tǒng)計(jì)表

附圖 6號機(jī)調(diào)速系統(tǒng)油管路溫度分布圖

（8）為進(jìn)一步分析調(diào)速系統(tǒng)油管路內(nèi)部油流情況，使用外夾式超聲波流量計(jì)對調(diào)速系統(tǒng)油管路流量進(jìn)行了監(jiān)測。詳見表2。

表2 調(diào)速系統(tǒng)油管路流速統(tǒng)計(jì)表 mm/s

2.2 原因分析

（1）根據(jù)上述1、2、3現(xiàn)象，從調(diào)速器原理來看，主配漏油可能性小。因?yàn)?，對調(diào)速器機(jī)械部分或主配壓閥來說，它自身是不認(rèn)機(jī)組開度的，如調(diào)速器有問題，應(yīng)該是不論在什么開度，和不論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，都會(huì)有同樣的表現(xiàn)。且在上述現(xiàn)象時(shí)，主配壓閥和接力器都沒有運(yùn)動(dòng)。再者，如果是主配間隙過大，那么，也會(huì)是不論在什么開度，不論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài)，都會(huì)有同樣表現(xiàn)。

（2）根據(jù)上述4現(xiàn)象，事故配壓閥和接力器漏油可能性較大。因?yàn)閺乃啓C(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)操作力矩計(jì)算書中可以看出，機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)為關(guān)力矩，為保持接力器不動(dòng)，接力器開腔需保持有一定壓力，即開關(guān)機(jī)腔有壓差，因此懷疑壓力油從事故配壓閥回油管流回集油槽，或接力器前后腔竄油。

（3）根據(jù)上述5、6現(xiàn)象，事故配壓閥和接力器漏油可能性較大。因力，調(diào)速器切手動(dòng)后，引導(dǎo)閥只有0.1 mm行程，未達(dá)到0.15 mm調(diào)速器引導(dǎo)閥死區(qū)，且8 min時(shí)間里，壓油罐壓力只下降了0.1 MPa，因此，壓力油可能從接力器前后腔竄油，或是事故配壓閥活塞處竄油。

（4）上述7、8現(xiàn)象，從油管溫度測量和油管中油流流速數(shù)量可以看出，事故配壓閥漏油可能性較大。因?yàn)?，從油管路溫度圖中看出事故配壓閥回油管溫度較高，與壓油罐本體溫度一致，正常情況下，該油管中無流動(dòng)油，溫度應(yīng)與室溫相同。且根據(jù)流量計(jì)測量，該油管中存在油流動(dòng)情況，屬非正常情況。

綜上所述，事故配壓閥內(nèi)漏可能性較大，原事故配壓閥為滑閥式結(jié)構(gòu)，活塞與襯套靠間隙密封，當(dāng)該間隙變大時(shí)，壓力油從活塞與襯套間隙回流至集油槽，造成調(diào)速系統(tǒng)油壓下降較快，壓油泵啟停頻繁。且水輪機(jī)改造后，活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行了更換，葉型由負(fù)曲率變?yōu)檎剩啓C(jī)水力矩較改造之前增大，為克服水力矩，需接力器和事故配壓閥開機(jī)腔有一定壓力，因此，增大了事故配壓閥內(nèi)漏現(xiàn)象。

3 故障處理

經(jīng)過分析找出故障原因后，電廠更換了新事故配壓閥，新閥選用液壓集成插裝事故配壓閥，該閥的閥塞和閥套采用錐面密封，故與傳統(tǒng)的事故配壓閥的滑閥結(jié)構(gòu)靠間隙密封相比漏油量小，減小了壓油系統(tǒng)漏油量。經(jīng)過6號機(jī)長期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，壓油泵由原來7 min啟動(dòng)一次，增大到158 min啟動(dòng)一次，除降低了廠用電損耗，延長了設(shè)備使用壽命，還避免了機(jī)組被迫停機(jī)事故，大大提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，保證了電廠安全發(fā)供電。

4 結(jié) 語

由于調(diào)速液壓系統(tǒng)的內(nèi)部隱蔽性，不易直觀發(fā)現(xiàn)問題。因此在此次分析中，先采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)全面分析邏輯法，后通過排除法以及測溫和測流輔助分析方法相結(jié)合，最終找出引起故障原因的部件。

[1] GB/T 9652.1-2007.水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

[2]劉大愷.水輪機(jī)[M].北京：中國水利水電出版社，1996.