某大型水電站機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉風(fēng)險及對策分析

歐陽凌云 李興蓮 孫東旭 徐章恒

摘要：主要通過介紹水輪機(jī)調(diào)速液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及作用，進(jìn)一步分析機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉存在的風(fēng)險，并就風(fēng)險提出應(yīng)對措施，為同類型水輪發(fā)電機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉提供了有益的參考和借鑒，有利于避免事故發(fā)生。

關(guān)鍵詞：水電站;液壓系統(tǒng);檢修;導(dǎo)葉

1 ? ?某大型水電站調(diào)速液壓系統(tǒng)介紹

1.1 ? ?概述

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)用于對機(jī)組導(dǎo)葉開度進(jìn)行控制，水輪機(jī)調(diào)速器主要由機(jī)械液壓部分及電氣部分組成。其中機(jī)械液壓部分的主要功能是將微機(jī)調(diào)節(jié)器的輸出電信號轉(zhuǎn)換成接力器的機(jī)械位移，驅(qū)動導(dǎo)葉開關(guān)，控制進(jìn)入水輪機(jī)的水流大小，實(shí)現(xiàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速和功率的調(diào)整。

1.2 ? ?結(jié)構(gòu)組成及作用

調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)由壓油罐、集油槽、比例閥伺服系統(tǒng)、步進(jìn)式自動復(fù)中裝置、切換閥、緊急停機(jī)閥、主配壓閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉閥、接力器、機(jī)械過速保護(hù)及鎖錠等組成。

壓油罐由一個壓力氣罐和一個壓力油氣罐組成，上部通過一根管路連通。

集油槽內(nèi)部由鋼板隔為臟油區(qū)和凈油區(qū)，系統(tǒng)的回油連接到臟油區(qū)，凈油區(qū)為泵提供油源[1]。

每臺機(jī)組配有4臺壓油泵（2臺大泵、2臺小泵）。液壓系統(tǒng)自動運(yùn)行時，如主泵為大泵，壓力小于6.1 MPa時開始加載;如主泵為小泵，壓力小于6.15 MPa時開始加載。大泵和小泵的卸載壓力都是6.3 MPa。

隔離閥裝設(shè)在壓油罐和主供壓力油管之間。正常情況下隔離閥由電磁閥來控制，此外，在隔離閥及其控制電磁閥之間的控制油路上還設(shè)有一個手動二位四通閥，其打到自動位置時，由電磁閥控制隔離閥;打到手動位置時，將隔離閥的控制電磁閥切除，同時隔離閥關(guān)閉。

主配壓閥由比例閥或步進(jìn)電機(jī)通過調(diào)整主配控制腔油量實(shí)現(xiàn)對主閥芯的控制。

在主配壓閥和導(dǎo)葉接力器之間管路設(shè)有事故配壓閥。事故配壓閥有直接來自壓油罐的專門壓力油管路，正常情況下，主配壓閥通過它與接力器操作管路連通，作為主配壓閥操作油路的通道，此時事故配壓閥不起作用;當(dāng)機(jī)械過速保護(hù)裝置或事故配壓閥電磁閥動作后，事故配壓閥切斷主配壓閥去接力器的油路，同時將壓力油接入接力器關(guān)腔，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉緊急關(guān)閉。

導(dǎo)葉接力器液壓鎖錠裝置由機(jī)械液壓鎖錠、鎖錠電磁閥及行程開關(guān)等組成，為垂直布置的插桿式結(jié)構(gòu)。

2 ? ?機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉風(fēng)險及對策分析

機(jī)組排水檢修時進(jìn)行導(dǎo)葉立面和端面間隙測量、置檢修開度，檢修完后進(jìn)行調(diào)速液壓系統(tǒng)管路排氣、修后試驗(yàn)等工作均需運(yùn)行人員操作導(dǎo)葉。在機(jī)組檢修態(tài)手動操作導(dǎo)葉存在很多風(fēng)險，下面就幾種典型的風(fēng)險進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的預(yù)控對策。

2.1 ? ?導(dǎo)葉及其傳動機(jī)構(gòu)動作傷人

機(jī)組排水檢修過程中，蝸殼內(nèi)及導(dǎo)葉附近可能有人工作，此時導(dǎo)葉一旦動作，很可能導(dǎo)致工作人員被夾，造成人員傷亡。此外，水車室內(nèi)可能有人在控制環(huán)及導(dǎo)葉拐臂上工作，控制環(huán)及拐臂的動作可能導(dǎo)致在其上工作的人員跌落受傷。

針對上述風(fēng)險，提出如下對策：操作人員在操作導(dǎo)葉前應(yīng)檢查蝸殼及水車室內(nèi)沒有人工作，并在蝸殼進(jìn)人門和水車室門上懸掛警示標(biāo)志牌或派人值守，防止人員誤入。導(dǎo)葉操作完畢之后，應(yīng)做好調(diào)速系統(tǒng)的防動措施，切斷接力器壓力油源，防止有人誤操作導(dǎo)葉。

2.2 ? ?接力器動作損壞機(jī)械液壓鎖錠

機(jī)組檢修導(dǎo)葉在一定開度時，機(jī)械液壓鎖錠本應(yīng)處于拔出狀態(tài)。但本電站機(jī)組的機(jī)械液壓鎖錠為垂直布置的插桿式結(jié)構(gòu)，當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)檢修撤壓后，機(jī)械液壓鎖錠將失去油壓支持而在自身重力作用下落到接力器活塞桿上。檢修期間若直接升壓操作導(dǎo)葉，接力器動作將導(dǎo)致機(jī)械液壓鎖錠與接力器活塞桿刮擦，還會因接力器活塞桿動作導(dǎo)致鎖錠被擠壓變形損壞。

針對上述風(fēng)險，提出如下對策：機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)升壓操作導(dǎo)葉前，在現(xiàn)地控制柜上檢查鎖錠拔出指示燈熄滅，說明機(jī)械液壓鎖錠已不在完全拔出的位置，在接力器處檢查發(fā)現(xiàn)鎖錠可能已落在接力器活塞桿上，此時需要先進(jìn)行拔出鎖錠的操作。在調(diào)速系統(tǒng)壓力升至2.5 MPa左右時，現(xiàn)地控制柜發(fā)令拔出鎖錠，該壓力足以克服鎖錠自身重力而將落在接力器活塞桿上的鎖錠拔起，之后方可順利操作導(dǎo)葉。

2.3 ? ?壓油泵誤切自動持續(xù)加載致壓油罐油位超高

正常情況下調(diào)速系統(tǒng)壓油泵“自動”方式下的加卸載由調(diào)速器控制柜PLC根據(jù)系統(tǒng)壓力控制。當(dāng)系統(tǒng)壓力低于6.1 MPa（大泵）或6.15 MPa（小泵）時，運(yùn)行壓油泵自動加載;當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到6.3 MPa時，運(yùn)行壓油泵自動卸載。系統(tǒng)升壓操作導(dǎo)葉排氣一般會在系統(tǒng)壓力升至3.5～4 MPa進(jìn)行，此壓力足以操作導(dǎo)葉。因?yàn)橐獙?dǎo)葉全行程開閉幾次，故需啟動一臺壓油泵加卸載維持系統(tǒng)壓力，每當(dāng)操作導(dǎo)葉后壓力下降明顯，手動加載壓油泵至3.5～4 MPa后卸載，然后繼續(xù)操作導(dǎo)葉，重復(fù)此操作直至調(diào)速液壓系統(tǒng)排氣完成。在此操作過程中，若誤將壓油泵控制方式切至“自動”，那么因?yàn)榇藭r壓力遠(yuǎn)低于壓油泵自動卸載壓力6.3 MPa，壓油泵將持續(xù)加載直至壓力達(dá)到6.3 MPa，壓油罐油位將持續(xù)升高，甚至可能從頂部連通管進(jìn)入壓力氣罐。

針對上述風(fēng)險，提出如下對策：只要不是在調(diào)速系統(tǒng)額定壓力6.1～6.3 MPa范圍內(nèi)操作導(dǎo)葉，比如調(diào)速系統(tǒng)撤壓檢修后進(jìn)行升壓動導(dǎo)葉排氣的操作，切不可將壓油泵切至“自動”方式，必須手動啟動及加載一臺壓油泵維持系統(tǒng)壓力。

2.4 ? ?閥門操作順序不當(dāng)導(dǎo)致壓油罐壓力油串入集油槽

機(jī)組撤壓檢修做防動措施時，會將事故配壓閥的壓力油源閥門和控制油源閥門均關(guān)閉。當(dāng)升壓操作導(dǎo)葉時，需將調(diào)速系統(tǒng)防動措施拆除，此時如上述兩個閥門操作順序不當(dāng)，可能導(dǎo)致壓油罐壓力油串入集油槽。正常情況下應(yīng)先打開事故配壓閥控制油源閥門，后打開事故配壓閥壓力油源閥門。若有壓情況下先打開事故配壓閥壓力油源閥門，則此時事故配壓閥處于自由狀態(tài)，若同時主配壓閥在偏開位置，則壓力油會通過事故配壓閥和主配壓閥串回集油槽[2]，甚至可能將集油槽頂部檢修進(jìn)人蓋板沖擊掀開，集油槽中油會從此處噴出，現(xiàn)場人員存在極大的人身安全風(fēng)險。跑油路線如圖1所示。

此外，若導(dǎo)葉不在全關(guān)位置，先開事故配壓閥壓力油源閥門還會導(dǎo)致壓力油串入接力器關(guān)腔，導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，此時若蝸殼內(nèi)有人，存在極大的人身安全風(fēng)險。

針對上述風(fēng)險，提出如下對策：操作導(dǎo)葉前，拆除調(diào)速系統(tǒng)防動措施時，務(wù)必先打開事故配壓閥控制油源閥門，后打開事故配壓閥壓力油源閥門，防止壓力油通過事故配壓閥串油。

3 ? ?結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉存在很多風(fēng)險，本文通過對某大型水電站機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉的風(fēng)險進(jìn)行分析，提出了應(yīng)對風(fēng)險的對策，為國內(nèi)同類型水電機(jī)組檢修態(tài)操作導(dǎo)葉提供了有益的參考和借鑒。但不同的水電站其水輪機(jī)調(diào)速液壓系統(tǒng)存在差異，其檢修態(tài)操作導(dǎo)葉存在的風(fēng)險并非完全一致，仍需依據(jù)具體情況進(jìn)行分析。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 樸秀日，毛羽波.三峽右岸電站調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置的特點(diǎn)[C]//

中國電工技術(shù)學(xué)會大電機(jī)專業(yè)委員會2009年學(xué)術(shù)交流會論文集，2009：63-65.

[2] 李鵬，王鑫，陳磊.三峽700 MW水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[J].大電機(jī)技術(shù)，2012（4）：59-64.

收稿日期：2020-07-30

作者簡介：歐陽凌云（1988—），男，江西吉安人，工程師，研究方向：水電站運(yùn)行。