三星水電站清污機(jī)抓斗不能正常啟閉的分析與處理

鄧海建

(四川明星電力股份有限公司，四川 遂寧 629000)

1 概 述

三星水電站屬涪江干流梯級(jí)開發(fā)的第十七級(jí)電站，裝機(jī)容量3×1.6萬kW，是明星電力股份有限公司裝機(jī)容量最大的水電站,主要承擔(dān)明星電力公司供區(qū)的基荷和調(diào)峰負(fù)荷，地位重要。三星水電站進(jìn)水口檢修清污門機(jī)使用的是水電七局生產(chǎn)的2×400 kN雙向門式啟閉機(jī)，主要由大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、門架、小車、電纜卷筒裝置、司機(jī)室、液壓清污抓斗和配電裝置等組成。清污機(jī)液壓柵耙寬6 m，通過液壓桿啟閉活動(dòng)抓齒完成對(duì)水面和水下雜草雜樹等漂浮物的清理。

2 故障現(xiàn)象

三星水電站屬于低水頭大流量水電站，汛期雜物較多時(shí)經(jīng)常因攔污柵堵塞嚴(yán)重而停機(jī)清污，清污設(shè)備運(yùn)行頻率非常高，在高峰時(shí)段經(jīng)常24 h不間斷作業(yè)，也因此導(dǎo)致各類機(jī)械和電氣故障頻繁。

在2021年汛期，清污設(shè)備在清污作業(yè)過程中出現(xiàn)一例清污機(jī)能正常開斗卻偶爾無法閉斗的奇怪故障，現(xiàn)場(chǎng)工作人員通過對(duì)設(shè)備掉電后重新上電又能夠恢復(fù)正常動(dòng)作；但使用三五次后又會(huì)出現(xiàn)同樣的問題，且沒有任何規(guī)律。

3 清污設(shè)備及工作原理

3.1 清污機(jī)工作原理

操作人員開啟油泵電機(jī)啟動(dòng)，經(jīng)過電氣檢測(cè)滿足條件后油泵主控繼電器動(dòng)作閉合油泵主回路三相電源，通過清污機(jī)頂端的電纜卷筒(旋轉(zhuǎn)設(shè)備，電壓通過碳刷傳遞)將三相電源通過動(dòng)力電纜傳遞至下側(cè)的液壓控制箱(該箱體全密封防水，內(nèi)部放置油泵電機(jī)和直流單相閥、溢流閥、開閉斗主電磁閥及液壓管路)中的油泵電機(jī)。電機(jī)得電后啟油泵加壓，形成壓力油，然后操作人員通過控制液壓閥的開啟或關(guān)閉，使液壓閥體的活塞桿左右拉動(dòng)，讓壓力油進(jìn)入不同的液壓腔室內(nèi)，形成壓力差，從而達(dá)到控制抓斗開啟或關(guān)閉的目的。

3.2 清污機(jī)工作方式

清污機(jī)工作的方式非常簡(jiǎn)單，就是模擬人的手臂抓拿動(dòng)作，將水中的污物抓取后丟放到一旁的清污板上，再由清污板起降傾倒污物到電站外側(cè)后統(tǒng)一處理。雖然只是一個(gè)簡(jiǎn)單的抓、提、放的過程，但要讓機(jī)器來順利完成分別需要大車行走(橫向定位到抓取地點(diǎn))、小車行走(縱向定位到前后孔位)、抓斗下放(伸到水面污物上)、抓斗開啟和閉合(污物抓取)、抓斗提起，然后再執(zhí)行一次反向操作將抓斗內(nèi)的垃圾傾倒(見圖1)。抓斗的開閉動(dòng)作需要建油壓、閥體控壓和卸壓幾個(gè)過程，每一個(gè)動(dòng)作都需要電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作次數(shù)頻繁，所以故障幾率也相對(duì)較高。尤其是抓污環(huán)節(jié)，由于部分污物在水下，抓斗部分必須要落入水下近20 m對(duì)攔污柵底部雜物進(jìn)行清理。在此過程中，各管路和液壓控制箱既要承受較高水壓，同時(shí)工作環(huán)境也異常復(fù)雜。

圖1 清污機(jī)結(jié)構(gòu)示意

4 原因分析

從清污的工作原理和電氣控制原理圖可知(見圖2)，抓斗故障的原因無非以下幾種情況：

圖2 清污抓斗部分控制原理

(1)電氣控制回路故障或保護(hù)閉鎖。例如，圖中QF4過流跳閘、K41壓力閉鎖繼電器動(dòng)作，開閉斗互鎖繼電器K44和K43同時(shí)動(dòng)作、KM4油泵繼電器損壞、K42零位繼電器保護(hù)動(dòng)作、SA4切換開關(guān)操作控制桿損壞或不到位等。

(2)卷筒處電源接觸不良或抓斗控制電纜斷線。由于抓斗電源需要通過卷筒處電刷傳遞給卷筒上的電纜，如碳刷接觸不良將使下側(cè)抓斗密封箱內(nèi)的油泵和液壓閥電磁線圈無法得電。另外，電纜卷筒隨清污抓斗上下同步動(dòng)作收放電纜過程中，電纜頻繁受力；且電力隨抓斗落入下水過程中，也可能因雜物卡住，部分或全部電纜受過大拉扯力斷開，致使操作控制信號(hào)無法傳遞給下方液壓部件而無法動(dòng)作。

(3)液壓部分故障。抓斗的開閉是通過液壓系統(tǒng)來控制，液壓部分故障包括油室、電磁閥和液壓桿開閉腔密封損壞致油面過低、漏油，導(dǎo)致壓力傳遞介質(zhì)不足；液壓閥體出現(xiàn)破損、卡塞、偏移，導(dǎo)致動(dòng)作不到位；壓力過高時(shí)泄放元件溢流閥故障提前泄壓也會(huì)導(dǎo)致壓力無法正常傳遞到最終的抓斗開、閉腔室，也無法讓抓斗正常動(dòng)作。

5 故障分析及處理過程

5.1 故障分析

(1)針對(duì)電氣控制回路的可能故障，通過電氣回路中的每一處相關(guān)繼電器和元件進(jìn)行全面檢查，通過人為閉合電壓傳遞路徑中的每個(gè)點(diǎn)，并使用萬用表來進(jìn)行電壓測(cè)量；結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有的電壓元件均工作正常，且電壓的大小符合動(dòng)作要求，控制回路正常。

(2)針對(duì)卷筒部分可能引發(fā)的故障，則是對(duì)卷筒和電纜進(jìn)行上下電阻或電壓的測(cè)量。如果相應(yīng)電纜的上下線兩頭測(cè)量是通路的，電纜則是良好的，卷筒處碳刷接觸不良可使阻值變大，導(dǎo)致電壓變低；經(jīng)過全面檢查和通電測(cè)試電纜和卷筒部分也無任何問題(電纜斷線引發(fā)的故障在歷次故障中占有較大比例，檢查時(shí)作為了重點(diǎn)排查對(duì)象，同時(shí)啟動(dòng)時(shí)能夠聽到液壓箱體內(nèi)部發(fā)出的電磁閥閉合聲音，也輔助判斷了該點(diǎn)的正常)。

(3)當(dāng)控制回路和卷筒電纜方面的原因都排除后，液壓系統(tǒng)故障的幾率就很大了。液壓部件的故障可以由油泵電機(jī)、電磁閥塊、液壓管路、液壓介質(zhì)不足等綜合引起，需要逐步排除。首先對(duì)開閉腔端部和個(gè)油管路進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，排除密封損壞漏油情況；通過上電檢查電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，排除了電機(jī)問題；對(duì)液壓油液面高度和電機(jī)吸油情況檢查再排除了液壓介質(zhì)不足問題。后通過打開液壓控制箱對(duì)內(nèi)部液壓管路和各接頭的檢查也未發(fā)現(xiàn)異常，也排除了溢流閥提前泄壓導(dǎo)致的壓力升不上去的可能。

(4)最后，相對(duì)精密的主液壓閥塊就成了最終的懷疑對(duì)象。

液壓閥塊是將電氣控制轉(zhuǎn)換到液壓控制的中間元件，該元件根據(jù)使用的閥體型號(hào)和機(jī)能不同，可以分為兩位三通、兩位四通、三位四通等(見圖3)；在上述分類中又分為單向和雙向、是否具有手動(dòng)控制等情況。而三星水電站清污機(jī)使用的就是三位四通的電磁閥，該閥主要由兩側(cè)的電磁線圈部分和中間的液壓閥體部分組成，閥體共分左、中、右3個(gè)位置，通過兩側(cè)的電磁線圈驅(qū)動(dòng)其保持在左側(cè)位置(開)或右側(cè)位置(關(guān))，兩側(cè)均不通電時(shí)則自動(dòng)回中，即保持在中間位置。

圖3 三位四通電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

液壓閥體部分是各個(gè)分類腔室和中間的活塞桿，活塞桿為高精度機(jī)械結(jié)構(gòu)，腔體共有P、T、A、B共4個(gè)連接口，P口為進(jìn)油口、T口為壓力回流口、A口為開啟進(jìn)壓口、B口為關(guān)閉進(jìn)壓口(具體開啟還是關(guān)閉需要根據(jù)實(shí)際壓力連接管路決定)。當(dāng)油泵建壓之后，若活塞桿若被電磁線圈向右拉動(dòng)，則P腔與A腔連通，壓力油進(jìn)入A腔；同時(shí)B腔與T腔溝通回油泄壓，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。若活塞桿在左位，動(dòng)作原理相反，如果動(dòng)作結(jié)束，閥體活塞桿回到中位，A或B腔室均無壓力，相應(yīng)的抓斗活塞也因?yàn)閮蓚?cè)壓力平衡而保持在靜止?fàn)顟B(tài)不動(dòng)。

5.2 故障處理

根據(jù)故障現(xiàn)象隨機(jī)的特性分析，閉斗時(shí)容易出現(xiàn)不動(dòng)情況，開斗基本正常。懷疑活塞桿沒有動(dòng)作到位或卡塞或電磁線圈故障導(dǎo)致電磁力矩不夠，于是對(duì)電磁閥全部解體進(jìn)行全面檢查實(shí)驗(yàn)。

將直流單向閥取下，對(duì)閥孔、對(duì)中彈簧、墊圈等進(jìn)行了一一檢查，并通過吹氣的方式進(jìn)行檢查排除閥孔、泄油孔等堵塞情況，未發(fā)現(xiàn)彈簧變形、閥芯卡阻現(xiàn)象。為了排除內(nèi)漏，將開斗、閉斗油路均解開觀察油路走向，隨即進(jìn)行一次開閉斗試驗(yàn)；發(fā)現(xiàn)開斗時(shí)2條油路均有出油，但明顯開斗油路出油量更大，但是閉斗操作時(shí)2 條油路均無出油，這明顯是閉斗回路活塞桿未動(dòng)作或動(dòng)作不到位。

再次取下電磁閥，多次手動(dòng)操作仍然無異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，于是解開開斗閥頭和閉斗閥頭進(jìn)行對(duì)比分析。當(dāng)解開閉斗閥頭時(shí)，發(fā)現(xiàn)閉斗一側(cè)閥頭頂部由于動(dòng)作次數(shù)較多，表面已經(jīng)變得發(fā)亮變形，磨損較大，導(dǎo)致電磁閥針與活塞桿體動(dòng)作時(shí)的位移行程少了1 mm左右，繼而出現(xiàn)行程走不到位的情況。隨后對(duì)閉斗閥頭進(jìn)行了更換，裝配完成后進(jìn)行啟、閉多次實(shí)驗(yàn)均工作正常，至此該故障消除，缺陷成功處理。

6 結(jié) 語

電氣/機(jī)械設(shè)備能否長期正常運(yùn)行，常常要受許多因素的影響，如電氣控制回路各元器件的可靠性、設(shè)備材質(zhì)的優(yōu)劣、電壓的穩(wěn)定性、介質(zhì)的劣化和保養(yǎng)維護(hù)的及時(shí)程度等。為確保設(shè)備運(yùn)行的持續(xù)可靠，必須使用質(zhì)量與材質(zhì)更優(yōu)的電氣元件以減少故障發(fā)生率，同時(shí)對(duì)設(shè)備的定期維護(hù)保養(yǎng)也尤為重要。另外，在故障發(fā)生后需要對(duì)故障可能原因進(jìn)行全面排查分析，從工作原理深入了解，尤其是這種隨機(jī)性較大的故障，應(yīng)全面分析并逐一排查才能準(zhǔn)確找到故障原因。