桐子林水電站調(diào)速器典型缺陷分析

楊建偉，廖 潤，王鄖中

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

1 桐子林水電站調(diào)速器機械部分簡介

桐子林水電站位于四川省攀枝花市，為雅礱江流域最末一個梯級電站，共裝設(shè)4臺單機容量150 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機組。桐子林水電站調(diào)速器機械部分主要由機械液壓控制系統(tǒng)、油壓裝置、接力器組成。其中，接力器布置在水車室；油壓裝置回油箱及壓油泵布置在高程996.2 m的水輪機層；壓力油罐、壓力氣罐及事故油罐布置在高程為1 003.4 m的發(fā)電機層；機械液壓控制部分安裝固定于回油箱上。

調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)主要可以分為以下幾個部分：油過濾器、導(dǎo)葉接力器及其控制部分、槳葉接力器及其控制部分、事故配壓閥、分段關(guān)閉裝置、機械過速保護裝置，詳見圖1；油壓裝置主要由壓力油罐、壓力氣罐、事故油罐、主油泵、輔助油泵、事故油泵、壓力油罐/事故油罐出口切換閥、回油箱及其冷卻系統(tǒng)組成，詳見圖2。

圖1 調(diào)速器液壓系統(tǒng)原理圖

2 調(diào)速器典型液壓故障及原因分析

2.1 1號機槳葉控制系統(tǒng)故障

2.1.1 異?，F(xiàn)象

1號機停機狀態(tài)下發(fā)現(xiàn)槳葉狀態(tài)無法維持穩(wěn)定，故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：在自動控制模式下，槳葉開度從啟動角緩慢打開，超過調(diào)節(jié)死區(qū)后受系統(tǒng)調(diào)節(jié)回關(guān)，并呈周期性往復(fù)發(fā)生，槳葉接力器調(diào)節(jié)過程中伴隨著槳葉關(guān)腔管路有明顯的抖動；現(xiàn)場切為手動控制后，故障消失，但槳葉主配依舊往復(fù)抽動，抽動幅度減小，頻率升高，槳葉開腔有熱油通過。查詢監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)從2016年03月25日開始，1號機槳葉存在自動往開方向偏移的現(xiàn)象，該現(xiàn)象并非一直存在，為間歇性的。

同時取1、2、4號機組油壓裝置壓力油罐壓力數(shù)據(jù)和油泵啟停事件，油罐油泵啟停情況為：正常時，泵啟動——運行約3 min后停止，間隔13～23 min泵啟動；當(dāng)1號機槳葉抽動時，泵啟動——運行約5 min后停止，間隔5～10 min泵啟動，系統(tǒng)耗油量明顯增加。

2.1.2 原因分析

1號機槳葉自動往開方向偏移，最可能的原因為槳葉主配電氣零位偏移，桐子林水電站槳葉控制系統(tǒng)在自動控制模式下設(shè)置有1%的開度死區(qū)，而手動模式下未設(shè)置死區(qū)，這也能解釋在自動模式下抖動頻率較小而幅度大，在手動模式下頻率升高幅度減小?，F(xiàn)場對1號機槳葉主配電氣零位1、2檢查，發(fā)現(xiàn)1號主配位置傳感器反饋值與實際值不同，將1號機槳葉主配1、2號主配位置傳感器接線對調(diào)，在當(dāng)前1號主配位置傳感器工作情況下進行手動增、減槳葉開度、槳葉自動、槳葉副環(huán)試驗均正常，槳葉開度無偏移現(xiàn)象；在機組并網(wǎng)帶穩(wěn)定負(fù)荷情況下觀察，在1號主配位置傳感器工作時槳葉開度穩(wěn)定無偏移現(xiàn)象，槳葉主配抽動、管路劇烈振動現(xiàn)象消除。因此基本確定1號機組槳葉抽動是由于槳葉主配1號主配位置傳感器故障引起。

2.2 3號機槳葉控制系統(tǒng)故障

2.2.1 異常現(xiàn)象

2016年 3 月 8 日 11:00～21:00，3號機帶100 MW固定負(fù)荷，3號機油壓裝置壓力油罐壓力下降過快，輔助油泵啟動后仍不足以補充用油，導(dǎo)致壓力繼續(xù)下降至5.8 MPa啟動主油泵，輔助油泵和主油泵同時運行將壓力油罐壓力打至6.3 MPa后停泵。在此期間，導(dǎo)葉、槳葉開度和機組負(fù)荷基本沒有變化，但因用油量較大，致使輔助油泵和主油泵頻繁啟動。據(jù)運行人員統(tǒng)計，2016年4月2日、4月5日、4月7日、4月11日、4月12日、5月10日均發(fā)生過與3月8日情況相同的輔助油泵與主油泵頻繁啟動的異?，F(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場工作人員長期觀察，獲取以下信息：

（1）3號機帶50～140 MW負(fù)荷區(qū)間不同工況下均發(fā)生過輔助油泵與主油泵頻繁啟動的異?，F(xiàn)象；

（2）異?，F(xiàn)象發(fā)生時，3號機槳葉接力器開腔油管溫度明顯高于關(guān)腔油管溫度；

（3）異?，F(xiàn)象發(fā)生時，受油器漏油量與正常狀態(tài)下相比大大增加，受油器上、下油箱排油管溫度均較高；

（4）異?，F(xiàn)象出現(xiàn)多發(fā)生于開槳葉操作增加負(fù)荷時；異?，F(xiàn)象消失多發(fā)生于關(guān)槳葉操作減小負(fù)荷時；

（5）異常現(xiàn)象發(fā)生時，運行人員手動干預(yù)，先執(zhí)行小幅度增負(fù)荷操作，再執(zhí)行小幅度減負(fù)荷操作，能消除本次異?，F(xiàn)象（有時執(zhí)行一次即可，有時需執(zhí)行多次）；

（6）異?，F(xiàn)象發(fā)生時，導(dǎo)葉開度及槳葉開度均穩(wěn)定無波動，主配壓閥回復(fù)桿也未出現(xiàn)抽動；

（7）故障多發(fā)生于小負(fù)荷調(diào)節(jié)過程中。

2.2.2 原因分析

3號機調(diào)速器油壓裝置壓油泵發(fā)生頻繁啟動異常現(xiàn)象時，本質(zhì)是調(diào)速系統(tǒng)油耗增加，且輔助油泵輸油量不足以維持系統(tǒng)油耗，待系統(tǒng)壓力持續(xù)降低至主油泵啟動，才能恢復(fù)系統(tǒng)壓力。根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)液壓回路原理，判定系統(tǒng)油耗主要通路為：油泵及出口組合閥→壓力油罐→槳葉主配壓閥→槳葉開腔操作油管→受油器下浮動瓦→受油器上下油箱回油管，結(jié)合觀察到的現(xiàn)象和特征，分析異?，F(xiàn)象可能與槳葉主配壓閥、受油器及浮動瓦等設(shè)備有關(guān)。

異常現(xiàn)象發(fā)生時，槳葉開腔操作油管有熱油通過，而槳葉關(guān)腔操作油管無明顯熱油。通過跡象，說明槳葉主配壓閥閥芯處于某一偏開位置，可能存在的問題有電氣零位偏移、槳葉主配閥芯卡澀、受油器漏油量過大。

按照1號機組的處理經(jīng)驗，首先對電氣零位及主配閥芯位置傳感器進行檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，根據(jù)本臺機組在故障現(xiàn)象發(fā)生時，運行人員手動干預(yù)，先執(zhí)行小幅度增負(fù)荷操作，再執(zhí)行小幅度減負(fù)荷操作，能消除異常現(xiàn)象。若存在電氣零位偏移或位移傳感器故障，應(yīng)無法通過手動干預(yù)操作增減負(fù)荷消除異?，F(xiàn)象，這與實際情況不符，故基本可以排除槳葉主配電氣零位的影響。

假設(shè)進行開槳葉操作后，槳葉主配閥芯卡澀在某一偏開位置，沒有完全回復(fù)到中位，槳葉接力器開腔連通壓力油，關(guān)腔連通回油。壓力油進入開腔操作油管，再進入受油器下浮動瓦，表現(xiàn)為下浮動瓦漏油量大，一部分直接漏至下油箱，另一部分通過上下浮動瓦之間的平壓孔漏至上油箱，與前文所述“槳葉開腔油管溫度明顯高于關(guān)腔油管溫度”、“異?，F(xiàn)象發(fā)生時,受油器漏油量與正常狀態(tài)下相比大大增加”、“異?，F(xiàn)象多發(fā)生于開槳葉操作增加負(fù)荷時；異常現(xiàn)象消失多發(fā)生于關(guān)槳葉操作減小負(fù)荷時”等現(xiàn)象較為吻合；通過手動干預(yù)執(zhí)行關(guān)槳葉操作，使槳葉主配閥芯偏離卡澀區(qū)域，異?，F(xiàn)象得以消除，與前文所述異?，F(xiàn)象發(fā)生時運行人員通過手動干預(yù)操作槳葉可消除本次異常現(xiàn)象相吻合。

2016年5月15 日11：30，3號機正常運行時異常現(xiàn)象再次發(fā)生，通過標(biāo)記異常狀態(tài)下槳葉主配閥芯回復(fù)桿的位置，再由運行人員手動干預(yù)消除異?，F(xiàn)象后，再觀察回復(fù)桿上的標(biāo)記，確認(rèn)槳葉主配閥芯位置在異?，F(xiàn)象發(fā)生狀態(tài)下，卡澀在比正常運行狀態(tài)下向開方向偏離約2 mm的位置，驗證了槳葉主配閥芯卡澀在某一偏開位置是導(dǎo)致異常的主要原因這一假設(shè)的正確性。當(dāng)然，槳葉主配閥芯卡澀在偏開位置情況下，槳葉接力器開腔會接通壓力油、關(guān)腔接通回油，如果操作力足夠，槳葉將往開方向動作，這與實際槳葉能維持穩(wěn)定開度的事實不符。分析認(rèn)為可能是由于受油器下浮動瓦間隙足以使異?，F(xiàn)象發(fā)生時槳葉接力器開腔壓力油快速泄放，槳葉接力器開、關(guān)腔壓差不足以驅(qū)動槳葉動作。

在后續(xù)檢查過程中，發(fā)現(xiàn)槳葉主配閥芯的確是在偏開的位置但是并非是由于卡澀原因引起，因為調(diào)速器工控機槳葉平衡表顯示并非為0 V而是0.71 V，閥芯在偏開位置并非是由于主配卡澀造成而是系統(tǒng)控制其在偏開位置，也就是說在調(diào)節(jié)負(fù)荷過程中未調(diào)節(jié)到位，主配始終處于偏開的調(diào)節(jié)狀態(tài)。可能的原因為調(diào)速器槳葉副環(huán)參數(shù)中比例增益較小，無法滿足調(diào)節(jié)需求，或者受油器下浮動瓦漏油量過大引起。

2016年5月28 日工作人員將3號機調(diào)速器槳葉副環(huán)參數(shù)進行修改，由“比例增益6.0、積分死區(qū)4.0”改為“比例增益8.0、積分死區(qū)6.5”后進行槳葉副環(huán)試驗，副環(huán)擾動滿足要求；在槳葉副環(huán)參數(shù)為“比例增益8.0、積分死區(qū)6.5”條件下，進行并網(wǎng)狀態(tài)下的檢查，小幅度增負(fù)荷時槳葉跟蹤不到位，主配閥芯偏開，有較大過油量，小幅度減負(fù)荷時槳葉超調(diào)，超調(diào)超過1%死區(qū)后出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。試驗過程中發(fā)現(xiàn)受油器部分下浮動瓦部位漏油量很大，通過改變比例增益參數(shù)無法將槳葉調(diào)節(jié)到位，因此只能在機組檢修過程中更換下浮動瓦，減小漏油量以徹底解決此缺陷。

2017年4月25 日桐子林4號機組C修工作開始后，對3號機組受油器進行分解檢查，發(fā)現(xiàn)受油器下浮動瓦嚴(yán)重?zé)龘p，受油器上操作油管擺度超標(biāo)（0.28 mm，標(biāo)準(zhǔn)0.15 mm），按照廠部及廠家會商處理方案進行了處理（方案大致為：拆除現(xiàn)有受損的上操作油管，外運加工至滿足設(shè)計要求（直徑縮?。?，采用備品受油器浮動瓦根據(jù)加工后的操作油管尺寸及配合間隙要求進行加工，重新安裝上操作油管、浮動瓦及所有組件），回裝后設(shè)備運行正常。

3 結(jié)語及建議

桐子林水電站自投產(chǎn)發(fā)電以來，調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生的兩次主要缺陷均為槳葉控制系統(tǒng)缺陷，為提高設(shè)備可靠性，增強設(shè)備管理水平，結(jié)合桐子林水電站的實際情況，特提出如下建議：

（1）FC型主配壓閥并未設(shè)計機械零位，運行過程中其閥芯的中間位置完全依靠電氣零位來確定。廠家所提供的電氣零位數(shù)值是根據(jù)電站投產(chǎn)時機組的工況計算，隨著接力器的磨損、浮動瓦的磨損及受油器部位漏油量改變，其電氣零位不一定滿足當(dāng)前工況。因此在調(diào)整電氣零位過程中不應(yīng)僅僅以廠家的固定數(shù)值為依據(jù)，應(yīng)綜合考慮機組當(dāng)前的工況條件。

調(diào)整導(dǎo)葉主配的電氣零位時，將導(dǎo)葉開至50%開度，切除導(dǎo)葉位移傳感器的反饋信號，避免控制系統(tǒng)根據(jù)反饋位置進行自動調(diào)整，此時導(dǎo)葉主配閥芯應(yīng)在電氣零位的控制下處于中間位置，由機械專業(yè)人員在導(dǎo)葉接力器位置架百分表時刻監(jiān)控，導(dǎo)葉接力器向偏關(guān)方向動作且1 min位移量不超過0.5 mm視為合格。

槳葉控制方面我們應(yīng)隨時關(guān)注受油器部位的漏油情況，上下浮動瓦漏油量過大時應(yīng)及時處理或更換，避免出現(xiàn)3號機組類似故障。

（2）FC型主配壓閥的主配位移傳感器為導(dǎo)電塑料電阻軌形式，觸點長時間在導(dǎo)電塑料導(dǎo)軌的某一點摩擦?xí)斐山佑|不良，降低了主配壓閥閥芯回到中間平衡位置的精度，造成主配閥芯不能回到中間平衡位置，而是在死區(qū)的臨界位置來回波動,使得調(diào)速器調(diào)節(jié)頻繁，引起主配壓閥抽動。桐子林水電站1號機組故障就是由此引起的，為徹底解決此類缺陷，建議將主配位移傳感器改造為差動變壓器非接觸型，若不具備技改條件，也應(yīng)將主配位移傳感器的檢查及更換列為檢修標(biāo)準(zhǔn)項目，每年或者每兩年更換一次，避免出現(xiàn)1號機組類似故障。

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