抽水蓄能電站關(guān)鍵自動(dòng)化元件分析

陳 新

（江蘇國(guó)信溧陽(yáng)抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng)213334）

1 引言

溧陽(yáng)電站共6臺(tái)單機(jī)容量為250WM的機(jī)組，從基建期至今，廣泛應(yīng)用于電站機(jī)組過程控制、運(yùn)行監(jiān)視及故障告警中的機(jī)組自動(dòng)化元件，由于外圍環(huán)境差、產(chǎn)品選型不合適、產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷、安裝維護(hù)工藝不規(guī)范、檢修校驗(yàn)質(zhì)量不合格等因素，自動(dòng)化元件在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)、定值漂移、易損等問題，一直影響著機(jī)組啟停成功率，為提高機(jī)組運(yùn)行可靠性，需要抓重點(diǎn)、分級(jí)別、保質(zhì)量地管理廠內(nèi)自動(dòng)化元件。

結(jié)合歷史開停機(jī)失敗記錄、監(jiān)控順控流程，分析自動(dòng)化元件故障致開停機(jī)失敗的原因，歸納總結(jié)出影響機(jī)組啟停的關(guān)鍵自動(dòng)化元件，完善全廠自動(dòng)化元件臺(tái)賬，按照技術(shù)規(guī)范對(duì)關(guān)鍵自動(dòng)化元件進(jìn)行重點(diǎn)分析和管控，便于有的放矢地維護(hù)、檢修、校驗(yàn)，同時(shí)，結(jié)合參數(shù)定值整定及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備改造等措施，提高設(shè)備可靠性。

2 關(guān)鍵自動(dòng)化元件的問題簡(jiǎn)述

2.1 壓力開關(guān)

調(diào)速器和球閥壓力油罐的雅斯科壓力開關(guān)，在長(zhǎng)期運(yùn)行、檢修校驗(yàn)安裝完后，上位機(jī)出現(xiàn)壓力過高、過低報(bào)警誤報(bào)，致使機(jī)組無(wú)法恢復(fù)至停機(jī)穩(wěn)態(tài)；啟機(jī)過程中，監(jiān)控發(fā)令置水輪機(jī)工況時(shí)（發(fā)電工況為ON，水泵工況為OFF），電磁閥動(dòng)作正常，但工況轉(zhuǎn)換反饋用的雅斯科壓力開關(guān)異常，導(dǎo)致機(jī)組啟機(jī)流程失敗。

2.2 大軸蠕動(dòng)裝置

目前廠內(nèi)使用的大軸蠕動(dòng)檢測(cè)裝置由于產(chǎn)品質(zhì)量欠佳導(dǎo)致缺陷頻發(fā)，2018年全年蠕動(dòng)檢測(cè)裝置共計(jì)發(fā)生8次缺陷。蠕動(dòng)裝置缺陷大致可以分為3種情況：①因磁性行程開關(guān)磁鐵脫落導(dǎo)致裝置投退信號(hào)異常；②因投退腔內(nèi)部卡澀導(dǎo)致裝置投退異常；③因運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)變形導(dǎo)致蠕動(dòng)信號(hào)異常。當(dāng)裝置發(fā)生第1、2種情況時(shí)直接影響機(jī)組啟機(jī)流程，為I類缺陷。

2.3 水頭傳感器

機(jī)組在運(yùn)行過程中，調(diào)速器系統(tǒng)出現(xiàn)水頭測(cè)量值突變，超出量程，造成調(diào)速器故障報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)更換調(diào)速器電氣柜內(nèi)模擬量隔離器后，測(cè)值恢復(fù)正常；機(jī)組空載態(tài)轉(zhuǎn)并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，調(diào)速器電氣柜水頭測(cè)值與實(shí)際水頭差值相差較大，導(dǎo)葉在高水頭對(duì)應(yīng)的空載開限作用下，轉(zhuǎn)速達(dá)不到額定值，現(xiàn)地將傳感器排氣后，測(cè)值接近實(shí)際值，更換傳感器后，測(cè)值恢復(fù)正常；部分機(jī)組在更換水頭傳感器無(wú)效后，將空載開限值提高1%的開度后，成功并網(wǎng)發(fā)電。

2.4 主配位置傳感器

機(jī)組空載態(tài)導(dǎo)葉開度異常且無(wú)法穩(wěn)定，停機(jī)后重新標(biāo)定，導(dǎo)葉給定和反饋仍存在一定偏差，檢查為主配平衡補(bǔ)償值發(fā)生變化，現(xiàn)場(chǎng)重新做試驗(yàn)后，將此值由-0.1調(diào)整為0.5后，導(dǎo)葉開關(guān)試驗(yàn)正常。機(jī)組停機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，調(diào)速器電氣柜偶報(bào)主配超量程報(bào)警，導(dǎo)致大故障，且故障無(wú)法直接從電調(diào)柜復(fù)歸，將電調(diào)柜控制回路斷電重啟后，主配超量程報(bào)警未復(fù)歸，現(xiàn)地檢查主配傳感器接線及固定螺栓，緊固無(wú)異常，重新標(biāo)定主備用主配行程，信號(hào)復(fù)歸。

2.5 調(diào)速器液壓隔離閥

機(jī)組啟停過程中，調(diào)速器油罐液壓隔離閥的開啟關(guān)閉，會(huì)影響機(jī)組啟停流程，現(xiàn)地檢查隔離閥實(shí)際確已動(dòng)作，但位置開關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作不正常，檢查為位置開關(guān)緊固螺絲松動(dòng)。機(jī)組停機(jī)過程中，流程走到“關(guān)閉調(diào)速器主軸隔離閥”，此時(shí)壓力油罐壓力低，調(diào)速器油泵啟動(dòng)補(bǔ)壓，調(diào)速器液壓隔離閥打開。補(bǔ)壓完成后機(jī)組流程已走到停機(jī)成功，液壓隔離閥已不具備關(guān)閉條件，導(dǎo)致機(jī)組不在穩(wěn)態(tài)。修改PLC程序，當(dāng)關(guān)隔離閥令下發(fā)后，立即關(guān)隔離閥停泵，優(yōu)先于壓力判斷流程，目前6臺(tái)機(jī)組已全部修改完畢，運(yùn)行正常。

2.6 導(dǎo)葉位移傳感器

6號(hào)機(jī)組滑環(huán)磁鐵接頭斷裂，機(jī)組過速保護(hù)裝置動(dòng)作，后更換備件緊固螺栓，重新標(biāo)定導(dǎo)葉。針對(duì)此缺陷隱患，聯(lián)系生產(chǎn)廠家修改UPC冗余切換邏輯未果，現(xiàn)已改造6臺(tái)機(jī)導(dǎo)葉反饋裝置支架，延長(zhǎng)拉伸桿的距離，調(diào)整支架長(zhǎng)度重新焊接。其中1臺(tái)機(jī)組在C修后由于延長(zhǎng)桿跟球頭連接使用了過期的螺紋鎖固膠，致延長(zhǎng)桿脫落，機(jī)組過速保護(hù)動(dòng)作，現(xiàn)使用合格螺紋鎖固膠固定拉桿兩端及球頭螺紋，同時(shí)使用金屬速干膠封住連接部分。

2.7 轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置

6號(hào)機(jī)組發(fā)電工況啟動(dòng)過程中，接力器主用位移傳感器滑環(huán)接頭斷裂，導(dǎo)葉開度主用信號(hào)丟失（備用接力器位移傳感器反饋正常），導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)速升至140%額定轉(zhuǎn)速（時(shí)間大約為15s），機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作，機(jī)組事故停機(jī)。ZKZ-5轉(zhuǎn)速裝置J12繼電器（定義電氣二級(jí)過速，設(shè)定值128%Ne）未開出信號(hào)至監(jiān)控。

2.8 調(diào)速器工況轉(zhuǎn)換電磁閥、球閥工作密封電磁閥/配壓閥等

調(diào)速器及球閥系統(tǒng)的液壓閥組的運(yùn)行直接影響機(jī)組的啟停和負(fù)荷調(diào)節(jié)，調(diào)速器工況轉(zhuǎn)換閥的置換失敗、調(diào)速器事故配壓閥退出時(shí)間長(zhǎng)、球閥工作密封退出失敗、球閥控制配壓閥卡澀拒動(dòng)等問題，都會(huì)造成機(jī)組啟機(jī)和停機(jī)失敗，一方面大型的配壓閥組多為國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，其裝配及現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝的因素會(huì)導(dǎo)致閥組運(yùn)行的異常，另一方面一些控制類的電磁閥及配壓閥，其加工精度高，閥芯腔體內(nèi)間隙小，對(duì)油質(zhì)要求高，工作中易出現(xiàn)卡澀拒動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)油混水也會(huì)侵蝕閥組，使油乳化變質(zhì)，均會(huì)造成閥組卡澀拒動(dòng)或者內(nèi)漏等現(xiàn)象。

3 關(guān)鍵自動(dòng)化元件的原理分析和可靠性提升

3.1 壓力開關(guān)

由于現(xiàn)有雅斯科B420B壓力開關(guān)是機(jī)械式開關(guān)，在原有基礎(chǔ)上已更換為帶鎖扣的壓力開關(guān)，但仍出現(xiàn)定值漂移的現(xiàn)象。且在校驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期使用后其部分產(chǎn)品動(dòng)作值與反饋值相差過大，為不合格品，需更換備件。同時(shí)壓力開關(guān)在整定定值時(shí)，其動(dòng)作值與旋轉(zhuǎn)螺母的位置無(wú)線性關(guān)系，不便于定值整定?，F(xiàn)擬選用其他品牌和型號(hào)的帶開關(guān)量輸出的壓力變送器。

3.2 大軸蠕動(dòng)裝置

由于該裝置材質(zhì)強(qiáng)度不足，行程開關(guān)磁鐵固定處螺紋出現(xiàn)滑絲，導(dǎo)致部分機(jī)組上出現(xiàn)磁鐵脫落現(xiàn)象；可使用金屬粘合劑將磁鐵粘合固定作為臨時(shí)應(yīng)對(duì)手段。為防止氣源中雜質(zhì)進(jìn)入裝置內(nèi)部，可在裝置進(jìn)氣管路處增加一空氣過濾器。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間頂壓大軸后發(fā)生變形，此缺陷無(wú)法通過后期技術(shù)手段修復(fù)，現(xiàn)擬調(diào)研其他廠家，更換其他品牌及型號(hào)的大軸蠕動(dòng)檢測(cè)裝置。

3.3 水頭傳感器

調(diào)速器電氣柜內(nèi)使用模擬量隔離器為菲尼克斯的MCR-FL-C-UI-2UI-DCI和MCR-2CLP-1/1-00型號(hào)，該型號(hào)產(chǎn)品的接頭是需要接在自帶的轉(zhuǎn)接頭上的，可直接插拔使用，在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)插頭松動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)突變的問題，現(xiàn)擬改用MINI MCR-2-UNI-UI-2UI和MACX MCR-SL-2I-2IILP型號(hào)的模擬量隔離器，其功能與原產(chǎn)品一致，但接頭為線端直接壓接緊固的形式?，F(xiàn)場(chǎng)使用的水頭傳感器為Sailsors的V6系列（量程為0～5MPa）差壓變送器，差壓變送器取源自蝸殼進(jìn)口2處和尾水管出口4處，各取源口位置不同會(huì)造成壓力不一致引起的測(cè)值波動(dòng)，取源管拐角多且距離長(zhǎng)，存在一定水利損耗，這些因素是不可避免的。尾水管出口取源端一直是帶壓的，但蝸殼進(jìn)口取源端由于球閥在停機(jī)態(tài)時(shí)關(guān)閉，故蝸殼進(jìn)口取源端無(wú)水壓，會(huì)有空氣進(jìn)入管道，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)影響測(cè)值。目前已改用V10系列的產(chǎn)品，其測(cè)量精度更高，測(cè)值更加準(zhǔn)確，定期還會(huì)對(duì)水頭傳感器進(jìn)行排氣處理，檢修時(shí)拆卸進(jìn)行管路沖洗。

3.4 主配位置傳感器

現(xiàn)場(chǎng)使用的是Telemecanique的型號(hào)為XS4 P18AB120的接近開關(guān)，傳感器固定在主配行程斜板上，主配上下移動(dòng)時(shí)探頭與斜板位置發(fā)生變化，傳感器模擬量隨之變化，若主配中間位或者探頭的前后位置、擋板的位置發(fā)生變化，都會(huì)造成主配電氣補(bǔ)償值不滿足當(dāng)前狀態(tài)，從而導(dǎo)致導(dǎo)葉調(diào)節(jié)異常及給定與反饋存在偏差。每次檢修完之后，需要進(jìn)行主配行程標(biāo)定時(shí)，需在開度到位后立即進(jìn)行標(biāo)定，而不等到油壓裝置補(bǔ)至6.3MPa后再標(biāo)定，否則會(huì)造成高壓力下的行程被標(biāo)定為臨界值，因?yàn)檎ＭC(jī)時(shí)調(diào)速器系統(tǒng)壓力值一般會(huì)低于6.3MPa，且停機(jī)狀態(tài)下低于6.0MPa時(shí)不會(huì)自動(dòng)補(bǔ)壓，故需在行程到位后立即標(biāo)定。

3.5 調(diào)速器液壓隔離閥

隔離閥位置開關(guān)的動(dòng)作是隨隔離閥閥芯來(lái)回動(dòng)作完成的，開關(guān)動(dòng)作時(shí)震動(dòng)較大，且原廠僅由兩個(gè)螺絲兩面固定，易松動(dòng)脫落，現(xiàn)改造為增加彈簧墊片、墊圈，以及增加為雙螺帽緊固，避免隔離閥開關(guān)時(shí)震動(dòng)引起開關(guān)緊固螺絲松動(dòng)，長(zhǎng)期觀察，未再發(fā)生位置開關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作不正?，F(xiàn)象。調(diào)速器壓力油罐壓力低于6.0MPa后，油泵啟動(dòng)打壓，正常情況下，壓力至6.3MPa后停泵，現(xiàn)已修改6臺(tái)機(jī)PLC程序，當(dāng)收到關(guān)隔離閥命令后，油泵立即停止運(yùn)行并卸載，再關(guān)閉隔離閥，不再打壓至6.3MPa壓力后停泵。

3.6 導(dǎo)葉位移傳感器

溧陽(yáng)電站采用MTS的RPS系列的導(dǎo)葉位移傳感器，傳感器將接力器行程（即導(dǎo)葉開度）反饋至調(diào)速器UPC中。導(dǎo)葉位移傳感器的滑環(huán)拉桿部分，與接力器活塞桿上的固定支架孔高度不一致，導(dǎo)致傳感器滑環(huán)接頭長(zhǎng)期受力，存在接頭斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，影響機(jī)組安全、可靠運(yùn)行，現(xiàn)延長(zhǎng)滑環(huán)磁鐵接頭長(zhǎng)度，增加可活動(dòng)接頭，擴(kuò)大延長(zhǎng)桿的可活動(dòng)范圍，避免接頭受力，同時(shí)調(diào)整固定支架高度，確保擋板和接頭在同一水平面上。現(xiàn)計(jì)劃修改調(diào)速器UPC導(dǎo)葉給定和反饋偏差報(bào)警的延時(shí)（35s），同時(shí)增加開度信號(hào)。

3.7 轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置

ZKZ-5轉(zhuǎn)速裝置的電氣二級(jí)過速為128%Ne，在監(jiān)控流程設(shè)定為事故啟動(dòng)源，但此次機(jī)組過速，該接點(diǎn)未及時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致機(jī)組升速至140%額定轉(zhuǎn)速。因?yàn)檫^速信號(hào)繼電器（設(shè)定值128%Ne）必須檢測(cè)到頻率信號(hào)在中心頻率，并有3s左右延時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值，繼電器才會(huì)動(dòng)作開出信號(hào)?，F(xiàn)修改為115%Ne和128%Ne的報(bào)警開出信號(hào)，需要機(jī)組轉(zhuǎn)速正常上升，經(jīng)過（90%～95%）Ne的升速信號(hào)后，再上升至一級(jí)、二級(jí)報(bào)警后才報(bào)警開出。

3.8 調(diào)速器工況轉(zhuǎn)換電磁閥、球閥工作密封電磁閥/配壓閥等

現(xiàn)場(chǎng)使用的液壓電磁閥均為力士樂品牌的產(chǎn)品，其動(dòng)作可靠性高，但對(duì)油質(zhì)要求較高，由于閥芯內(nèi)壁與閥芯間隙小，可防止閥組內(nèi)漏、動(dòng)作時(shí)油路串腔，但油質(zhì)內(nèi)含雜質(zhì)時(shí)會(huì)刮傷內(nèi)壁產(chǎn)生刮痕與毛刺等情況，形成卡澀拒動(dòng)、誤動(dòng)現(xiàn)象，降低閥組可靠性。安裝油箱的在線濾油裝置，定期使用真空濾油機(jī)過濾油庫(kù)的油，提高油品質(zhì)量，定期取樣化驗(yàn)透平油質(zhì)，隨檢修拆卸檢查閥芯，清理管路內(nèi)雜質(zhì)與油泥。

4 結(jié)論

自動(dòng)化元件及裝置主要用于機(jī)組開機(jī)、運(yùn)行、停機(jī)、備用、事故停機(jī)及事故報(bào)警，涉及機(jī)組設(shè)備溫度、轉(zhuǎn)速、液位、物位、壓力、液體等變量的顯示、測(cè)量、控制等，元件數(shù)量龐大且所涉及的專業(yè)面較廣，需要依照關(guān)鍵性和可靠性進(jìn)行重點(diǎn)管理，嚴(yán)把備件產(chǎn)品本身的質(zhì)量，把控元件現(xiàn)場(chǎng)安裝的工藝要求，改善元件運(yùn)行的環(huán)境，根據(jù)元件分級(jí)臺(tái)賬，定期對(duì)元件進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，根據(jù)元件使用時(shí)間及壽命，定期隨機(jī)組檢修進(jìn)行元件更換。針對(duì)部分安裝和校驗(yàn)工藝復(fù)雜的自動(dòng)化元件，還需繼續(xù)完善安裝校驗(yàn)工藝卡，規(guī)范校驗(yàn)流程，編寫相應(yīng)的試驗(yàn)步驟及方案，確保投運(yùn)的設(shè)備正常使用，其參數(shù)及設(shè)置符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和定值標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，加強(qiáng)校驗(yàn)和安裝、試驗(yàn)人員的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，確保工藝流程及標(biāo)準(zhǔn)能完整地實(shí)施，提升自動(dòng)化元件的運(yùn)行可靠性，提高機(jī)組啟停成功率。