甲米河一級(jí)電站3F機(jī)組調(diào)速器油泵啟動(dòng)頻繁原因分析

余 林，張金明，劉勝洪

(四川鹽源甲米河水電開發(fā)有限公司，四川鹽源，615700)

1 設(shè)備概述

甲米河水電站調(diào)速器主要由電氣控制系統(tǒng)、電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、液壓放大機(jī)構(gòu)、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助設(shè)備等五部份組成。

電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC，為冗余雙機(jī)電氣控制系統(tǒng)(A、B兩套系統(tǒng))，兩套從輸入至輸出以及電源配置完全相同，相互完全獨(dú)立。雙機(jī)間采用智能全容錯(cuò)冗余熱備方式。

電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)主要由2個(gè)數(shù)字球閥及一個(gè)數(shù)字比例閥組成。數(shù)字球閥采用脈沖控制電磁數(shù)字球閥，輸出高電頻和低電頻控制線圈動(dòng)作和復(fù)位，從而控制油路(包括開方向和關(guān)方向)的通和斷。

液壓放大機(jī)構(gòu)分為數(shù)字球閥及數(shù)字比例閥控制兩部份。數(shù)字球閥部份采用液控?fù)Q向閥結(jié)構(gòu)作為液壓放大級(jí);數(shù)字比例閥控制部份采用比例閥作為液壓放大級(jí)，高壓油通過比例閥向主接力器配油并使之移動(dòng)。

機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主接力器，它直接通過控制環(huán)操作導(dǎo)葉動(dòng)作，改變導(dǎo)葉的開度以改變水流對(duì)機(jī)組的出力。

輔助設(shè)備包括壓油裝置、雙聯(lián)濾油器、齒輪油泵等。壓油裝置由囊式蓄能器、回油箱組成，提供液壓原動(dòng)力，囊式蓄能器額定油壓為16MPa;雙聯(lián)濾油器，過濾精度20μm，有兩組濾網(wǎng)，運(yùn)行時(shí)可用旋塞進(jìn)行快速切換而不中斷供油，經(jīng)過濾的油通過閥組供接力器;齒輪油泵型號(hào)為CBT－E10F(2 臺(tái))，排量10cm3/r。

水輪機(jī)調(diào)速器是由實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制的機(jī)構(gòu)和指示儀表等組成的一個(gè)或幾個(gè)裝置的總稱。其工作過程為:測(cè)量元件把機(jī)組轉(zhuǎn)速n(頻率f)、功率P，水頭H、流量Q等參量測(cè)量出來，與給定信號(hào)和反饋信號(hào)綜合后，經(jīng)放大校正元件控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)操縱水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)，同時(shí)經(jīng)反饋元件送回反饋信號(hào)至信號(hào)綜合點(diǎn)。它的執(zhí)行部分由機(jī)械液壓裝置來實(shí)現(xiàn)，包括壓力產(chǎn)生裝置(囊式蓄能器)和壓力動(dòng)作裝置(接力器);囊式蓄能器首先充入高壓氮?dú)?，然后利用齒輪油泵(2臺(tái)互為備用，一臺(tái)啟動(dòng)5次后另一臺(tái)啟動(dòng))將壓力油抽入囊式蓄能器，油壓系統(tǒng)壓力降低后由囊式蓄能器供給壓力;電液轉(zhuǎn)換裝置受電氣控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)換為機(jī)械位移，借助壓力油的做功進(jìn)行液壓放大，產(chǎn)生較大的力改變接力器的開度，從而改變導(dǎo)葉開度，調(diào)節(jié)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的流量、流態(tài)，達(dá)到對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各被控制機(jī)構(gòu)的控制。其液壓原理圖詳見圖1。

圖1 調(diào)速器液壓原理

2 缺陷分析

3F機(jī)組調(diào)速器油泵啟動(dòng)頻繁(見表1)，且存在以下問題:

調(diào)速器回油箱主回油管內(nèi)有超過100ml/min油量不間斷漏出(回油量在≤50ml/min為正常);3F機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)有最大為1.93%開度的導(dǎo)葉漂移現(xiàn)象;3F機(jī)組調(diào)速器2#油泵電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)停止時(shí)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

表1 停機(jī)、運(yùn)行時(shí)起泵時(shí)間

根據(jù)調(diào)速器相關(guān)圖紙，并結(jié)合調(diào)速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及停機(jī)時(shí)對(duì)調(diào)速器油箱回油管的漏油情況觀察，對(duì)調(diào)速器啟泵頻繁可能存在的原因進(jìn)行全面分析，得出如下可能存在的原因:

(1)蓄能器內(nèi)氮?dú)鈮毫Σ蛔恪Ｐ钅芷髦杏投鄽馍贂r(shí)，即氣囊中的氮?dú)馕吹竭_(dá)氣罐體積的2/3(該類型調(diào)速器氣罐中油氣比為1∶2即氮?dú)庹細(xì)夤摅w積的2/3)，導(dǎo)致油壓下降過快，油泵啟動(dòng)頻繁;

(2)液壓油質(zhì)不好，含雜質(zhì)較多，會(huì)引起液控閥、數(shù)字閥及比例閥閥芯卡堵，閥芯卡堵導(dǎo)致閥芯動(dòng)作不到位，持續(xù)有液壓油從閥芯滲出，導(dǎo)致油壓下降過快，保壓時(shí)間短，油泵啟動(dòng)頻繁;

(3)液控閥、數(shù)字閥及比例閥閥芯配合間隙較大或損壞。如疊加式單向閥、數(shù)字比例閥、或液控單向閥閥芯配合間隙較大或損壞導(dǎo)致滲油，致使油壓下降過快，保壓時(shí)間短，油泵啟動(dòng)頻繁;

(4)接力器活塞密封損壞，存在串油情況。在導(dǎo)葉全關(guān)態(tài)，接力器開腔無壓力，關(guān)腔油壓14MPa～16MPa，如接力器活塞密封損壞，則關(guān)腔會(huì)向開腔串油，導(dǎo)致關(guān)腔壓力降低，蓄能器頻繁給關(guān)腔補(bǔ)壓，導(dǎo)致蓄能器壓力下降過快，油泵啟動(dòng)頻繁;

(5)電氣控制系統(tǒng)原因。如數(shù)字比例閥繼電器誤動(dòng)，頻繁給數(shù)字比例閥發(fā)出開關(guān)命令，導(dǎo)致數(shù)字比例閥動(dòng)作頻繁，致油壓下降過快，油泵啟動(dòng)頻繁。

3 故障排除

針對(duì)上述可能存在的原因，檢修人員逐項(xiàng)進(jìn)行以下排查處理:

(1)首先檢查了3F機(jī)組調(diào)速器3個(gè)蓄能器中的氮?dú)鈮毫?，分別為 8.5MPa、8.0MPa、8.5MPa，符合該類型調(diào)速器技術(shù)要求，故排除該原因;

(2)清洗了控制柜內(nèi)的數(shù)字電磁球閥、液控?fù)Q向閥、疊加單向閥、數(shù)字比例閥、液控單向閥并過濾了調(diào)速器內(nèi)的透平油，檢查未發(fā)現(xiàn)有閥芯損壞情況，回裝后試驗(yàn)回油管漏油量未減少，排除閥芯卡堵的情況;

(3)清洗油泵出口單向閥，檢查發(fā)現(xiàn)2個(gè)單向閥閥芯表面存在磨損情況，且2#油泵電機(jī)在不啟動(dòng)時(shí)有反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，更換新的單向閥后試驗(yàn)，油泵電機(jī)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象消失，但啟泵時(shí)間還是在約30min/次，說明單向閥磨損不是油泵啟動(dòng)頻繁的主要原因;

(4)利用2F、3F機(jī)組停機(jī)時(shí)對(duì)換了調(diào)速器控制柜內(nèi)的所有閥組，試驗(yàn)后3F機(jī)組調(diào)速器油箱回油管漏油量未減少，說明調(diào)速器控制柜內(nèi)的所有閥組是正常的，排除閥組缺陷導(dǎo)致油泵啟動(dòng)頻繁的原因;

(5)對(duì)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)在帶電和斷電狀態(tài)下，調(diào)速器回油箱的出油量基本一致，油泵的啟動(dòng)時(shí)間也無變化，說明問題也不在電氣控制系統(tǒng)，故排除該原因;

(6)將調(diào)速器轉(zhuǎn)到現(xiàn)地、機(jī)手動(dòng)狀態(tài)，觀察導(dǎo)葉開度漂移至1.93%的開度時(shí)，導(dǎo)葉開度不再漂移，同時(shí)接力器活塞向外動(dòng)作了約1.9mm。由于導(dǎo)葉不再漂移，同時(shí)觀察回油管漏油量也減少，且在水車室未聽到明顯的漏水聲，故將調(diào)速器電氣開度的0開度設(shè)在原1.5%的開度位置，做開、停機(jī)試驗(yàn)，能正常開、停機(jī)，且停機(jī)后在水車室無較大的漏水聲，回油管無大的漏油現(xiàn)象。

4 結(jié)論

從上面各檢查情況分析，調(diào)速器在安裝時(shí)可能是壓緊行程過大，導(dǎo)致在導(dǎo)葉全關(guān)后有少量的漂移，且漂移量超過了調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)內(nèi)允許的漂移量，故當(dāng)漂移量超過允許漂移量時(shí)，調(diào)速器電氣控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉指令給數(shù)字比例閥，使導(dǎo)葉全關(guān)，如此循環(huán)，導(dǎo)致回油管內(nèi)一直有油漏出，出現(xiàn)啟泵頻繁情況?，F(xiàn)將調(diào)速器電氣開度的零位設(shè)在原1.5%的開度位置，調(diào)速器PLC不再頻繁發(fā)出全關(guān)導(dǎo)葉的命令，比例數(shù)字閥不再頻繁動(dòng)作，回油管回油量恢復(fù)正常，調(diào)速器油泵啟動(dòng)時(shí)間恢復(fù)正常(運(yùn)行態(tài)約為1h/次，停機(jī)態(tài)約為5h/次)。

通過對(duì)我站高油壓調(diào)速器的組成結(jié)構(gòu)、工作原理的了解，對(duì)存在問題的分析、檢查、處理，可以看出，在檢查、處理問題上還存在很多不足之處，不能針對(duì)存在的問題一步到位，直接處理掉存在的設(shè)備缺陷。還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)設(shè)備性能的撐握，進(jìn)一步提高處理設(shè)備缺陷的手段，找到合理地處理設(shè)備缺陷的方式方法，為設(shè)備的正常運(yùn)行提供可靠的技術(shù)保障。在處理設(shè)備缺陷前多進(jìn)行合理的分析，找到最合理的處理方法，確保消缺的及時(shí)與可靠性。這就要求設(shè)備維護(hù)人員在平時(shí)應(yīng)多學(xué)習(xí)、多分析、多交流，多積累處理設(shè)備缺陷的方式方法。