槳葉比例伺服閥卡澀引起機(jī)械事故停機(jī)原因分析

劉 偉，晉 耀，余崇山

（1.華能瀾滄江水電股份有限公司古水水電建設(shè)管理局，云南省昆明市 650205；2.華能瀾滄江水電股份有限公司檢修分公司，云南省昆明市 650205）

0 引言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大型水電站越來(lái)越多，水輪機(jī)調(diào)速器能否穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著水電廠能否安全運(yùn)行。不論是國(guó)產(chǎn)調(diào)速器，還是國(guó)外進(jìn)口調(diào)速器，在實(shí)際運(yùn)行中都存在一些有待解決的問(wèn)題，有些問(wèn)題具有一定的普遍性。某水電廠機(jī)組在負(fù)荷調(diào)整過(guò)程中，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“調(diào)速器A套一般故障”“調(diào)速器B套一般故障”“槳葉液壓故障”“調(diào)速器A套嚴(yán)重故障”“調(diào)速器B套嚴(yán)重故障”[6]，監(jiān)控系統(tǒng)收到調(diào)速器A、B套嚴(yán)重故障信號(hào)后，啟動(dòng)機(jī)械事故停機(jī)流程，本論文就此問(wèn)題分展開(kāi)故障原因分析及排查，提出防控方法。

1 故障查找

現(xiàn)場(chǎng)檢查調(diào)速器電氣柜觸摸屏上顯示A、B套槳葉液壓故障，A、B套嚴(yán)重故障告警信號(hào)（見(jiàn)圖1、圖2），槳葉開(kāi)度顯示為100%，槳葉主配在全開(kāi)方向，槳葉平衡表顯示為0，對(duì)受油器、液壓管路、槳葉位移傳感器進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 監(jiān)控故障簡(jiǎn)報(bào)Figure 1 Monitoring fault briefing

圖2 調(diào)速器電氣柜上故障報(bào)警信息Figure 2 Fault alarm information on governor electrical cabinet

通過(guò)監(jiān)控的故障報(bào)警信號(hào)，結(jié)合調(diào)速器電氣柜上故障報(bào)警點(diǎn)，對(duì)可能造成故障的原因進(jìn)行分析。

1.1 機(jī)械柜內(nèi)槳葉控制綜合模塊異常

檢查槳葉綜合模塊，上電運(yùn)行指示正常，沒(méi)有任何燒著痕跡，綜合模塊2操作槳葉，槳葉動(dòng)作正常。綜合模塊1操作槳葉，槳葉無(wú)法關(guān)閉。用萬(wàn)用表測(cè)量綜合模塊1、2上比例伺服閥反饋信號(hào)，測(cè)量槳葉比例伺服閥1（主用）反饋信號(hào)為0.991V，槳葉比例伺服閥2（備用）反饋信號(hào)為-4.999V（見(jiàn)圖3、圖4），排除綜合模塊1異常。

圖3 槳葉比例伺服閥1反饋Figure 3 Blade proportional servo valve 1 feedback

圖4 槳葉比例伺服閥2反饋Figure 4 Blade proportional servo valve 2 feedback

1.2 槳葉比例伺服閥接線異常

在調(diào)速器液壓柜內(nèi)檢查槳葉比例伺服閥1、2的電源及反饋信號(hào)，測(cè)量數(shù)值均有電壓顯示，排除了比例伺服閥接線異常。

1.3 槳葉比例伺服閥異常

將槳葉在比例伺服閥1控制狀態(tài)下，按下“急停復(fù)歸”按鈕2s，復(fù)歸緊急停機(jī)信號(hào)，并在調(diào)速器電氣柜上復(fù)歸“調(diào)速器一般故障”“調(diào)速器嚴(yán)重故障信號(hào)”“槳葉液壓故障”后，“槳葉切手動(dòng)”信號(hào)消失，槳葉開(kāi)度給定應(yīng)由原100%變?yōu)?0%（停機(jī)時(shí)槳葉設(shè)定開(kāi)度），但槳葉比例伺服閥1未動(dòng)作，槳葉主配仍在開(kāi)方向未動(dòng)作，且反饋無(wú)變化（見(jiàn)圖5）。30s后故障重新報(bào)出。進(jìn)一步確認(rèn)槳葉比例伺服閥1（主用）卡在開(kāi)方向上（見(jiàn)圖6）。

圖5 比例伺服閥1反饋信息Figure 5 Feedback information of proportional servo valve 1

圖6 槳葉主配在偏開(kāi)方向Figure 6 The main configuration of the blade is in the eccentric direction

將槳葉在比例伺服閥2控制狀態(tài)下，按照前述的操作，槳葉能夠從100%開(kāi)度關(guān)至20%（正常停機(jī)開(kāi)度）[1-2]，見(jiàn)圖7，能夠正常地執(zhí)行停機(jī)流程，排除比例伺服閥2的異常。

圖7 比例伺服閥2反饋信息Figure 7 Feedback information of proportional servo valve 2

更換槳葉比例伺服閥1，測(cè)量槳葉比例伺服閥1（主用）反饋信號(hào)為0.240V，槳葉比例伺服閥2（備用）反饋信號(hào)為0.346V（見(jiàn)圖8、圖9），在比例伺服閥1、2控制下，分別進(jìn)行槳葉手動(dòng)啟閉試驗(yàn)，試驗(yàn)正常[4]。將槳葉手動(dòng)開(kāi)啟至35%開(kāi)度，把槳葉控制方式切回自動(dòng)后，槳葉可自動(dòng)關(guān)至20%開(kāi)度（正常停機(jī)開(kāi)度）。

圖8 槳葉比例伺服閥1反饋Figure 8 Blade proportional servo valve 1 feedback

圖9 槳葉比例伺服閥2反饋Figure 9 Blade proportional servo valve 2 feedback

對(duì)更換下來(lái)的槳葉比例伺服閥進(jìn)行解體檢查，確認(rèn)比例伺服閥1彈簧完好且功能正常[3]，拆卸閥芯時(shí)發(fā)現(xiàn)槳葉比例伺服閥1閥芯存在卡澀現(xiàn)象，不能靠自重沿軸向順利滑出，使用內(nèi)六角沿軸向向下輕頂閥芯不能使閥芯垂直掉落，經(jīng)多次輕敲閥體后閥芯才活動(dòng)自如。經(jīng)觀察，閥芯表面有輕微毛刺（見(jiàn)圖10、圖11）。對(duì)調(diào)速器回油箱底部透平油進(jìn)行取樣，做樣品顆粒度測(cè)量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

圖10 卡澀比例伺服閥1Figure 10 Jamming proportional servo valve 1

圖11 帶有毛刺的閥芯Figure 11 Valve core with burr

對(duì)導(dǎo)葉和槳葉之間的協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行復(fù)核，在當(dāng)前水頭下，槳葉的實(shí)際開(kāi)度大于協(xié)聯(lián)曲線對(duì)應(yīng)的開(kāi)度，存在槳葉給定和反饋不一致的情況[5]。將調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)行水頭及電氣開(kāi)限參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使最佳的參數(shù)匹配設(shè)備運(yùn)行[8]。

2 原因分析

結(jié)合監(jiān)控簡(jiǎn)報(bào)，調(diào)速器系統(tǒng)里設(shè)置槳葉液壓故障的邏輯為：槳葉反饋與給定偏差超過(guò)20%，持續(xù)30s報(bào)“槳葉液壓故障”，同時(shí)報(bào)“調(diào)速器一般故障”“調(diào)速器嚴(yán)重故障”。通過(guò)故障排查過(guò)程，主要的原因分析如下：

（1）槳葉比例伺服閥1（主用）閥芯存在卡澀現(xiàn)象，閥芯上有微小毛刺。沒(méi)有定期對(duì)回油箱內(nèi)透平油進(jìn)行濾油工作，油箱內(nèi)由于油的裂化，可能存在雜質(zhì)，致使比例伺服閥閥芯卡阻。另外，由于該電站是壩后式廠房，且冬季氣溫較低，調(diào)速器回油箱油溫最低為13℃，液壓油的黏度增加，加大了閥組卡澀。這些也可能是造成閥芯卡澀的原因。

（2）PCC控制程序存在漏洞。查看控制程序，程序上未設(shè)置槳葉比例伺服閥故障的判斷功能，不能實(shí)現(xiàn)槳葉比例伺服閥1（主用）閥芯卡澀后自動(dòng)切換至比例伺服閥2（備用）。雖比例伺服閥采用交叉冗余配置，但在程序里面未做故障切換邏輯。當(dāng)調(diào)速器PCC接到槳葉液壓系統(tǒng)故障后信號(hào)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)從A套PCC切至B套PCC運(yùn)行，由B套PCC仍然控制閥芯卡澀的槳葉比例伺服閥1（主用），不能切換至正?？刂频臉~比例伺服閥2（備用）[7]。

（3）檢修維護(hù)工作不到位。未在機(jī)組檢修過(guò)程中對(duì)比例伺服閥解體檢查，未能定期切換調(diào)速器雙筒過(guò)濾器，未定期進(jìn)行濾油工作[9]。

（4）調(diào)速器靜態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證不到位。由于專業(yè)人員未掌握設(shè)計(jì)上缺少槳葉比例伺服閥故障切換邏輯，檢修人員在機(jī)組檢修后采用“短接槳葉比例伺服閥1故障信號(hào)，強(qiáng)制切換至槳葉比例伺服閥2”切換試驗(yàn)方法，不能真實(shí)模擬出比例伺服閥故障切換的情況。

（5）調(diào)速器控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不對(duì)。機(jī)組從投產(chǎn)以來(lái)，未對(duì)導(dǎo)葉和槳葉之間的協(xié)聯(lián)曲線進(jìn)行復(fù)核，在當(dāng)前水頭下，當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度一定時(shí)，通過(guò)當(dāng)前水頭對(duì)應(yīng)的協(xié)聯(lián)曲線，計(jì)算出槳葉開(kāi)度與實(shí)際運(yùn)行最大開(kāi)度之間存在偏差，當(dāng)槳葉開(kāi)度偏差超過(guò)槳葉液壓故障報(bào)警值5%時(shí)，報(bào)出槳葉液壓系統(tǒng)故障。

3 結(jié)論

通過(guò)以上的分析，造成此次機(jī)械事故停機(jī)的主要原因是調(diào)速器控制程序里面缺少槳葉比例伺服閥故障切換，PCC控制參數(shù)設(shè)置異常所致。應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，做了以下措施做以防范：

（1）在調(diào)速器電氣柜觸摸屏畫(huà)面上增設(shè)重要比例伺服閥閥芯位置等反饋信號(hào)碼值顯示界面和故障報(bào)警信號(hào)，隨時(shí)監(jiān)視類似重要電液轉(zhuǎn)換信號(hào)測(cè)值[10]。

（2）增加調(diào)速器槳葉比例伺服閥故障判斷及切換邏輯，同時(shí)將目前的槳葉比例伺服閥交叉冗余控制方式改為平行冗余控制方式[4]。

（3）機(jī)組檢修期間，對(duì)調(diào)速器閥組及控制油管路進(jìn)行全面解體檢查和徹底清洗。

（4）利用檢修修后試驗(yàn)，對(duì)調(diào)速器運(yùn)行水頭及電氣開(kāi)限參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，檢驗(yàn)在不同水頭下槳葉和導(dǎo)葉開(kāi)度是否符合協(xié)聯(lián)曲線的要求。

（5）定期進(jìn)行調(diào)速器回油箱上雙切過(guò)濾器每月定期切換、回油箱油樣化驗(yàn)和濾油工作，準(zhǔn)確、全面、及時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)速器回油箱油品質(zhì)量，提早發(fā)現(xiàn)可能存在的影響隱患。在以上措施的防范下，機(jī)組才能健康、穩(wěn)定運(yùn)行，為水電廠無(wú)人值班打下良好基礎(chǔ)。