龍口電站調(diào)速器液壓隨動(dòng)裝置故障診斷及處理

王衛(wèi)剛，毛鵬展

（1.黃河萬(wàn)家寨水利樞紐有限公司，山西 太原030002，2.水利部杭州機(jī)械設(shè)計(jì)研究所，浙江 杭州310012）

黃河龍口水電站位于黃河北干流的北部，上游距萬(wàn)家寨水電站25.6 km，電站是山西電網(wǎng)和內(nèi)蒙古西部電網(wǎng)的主要調(diào)峰電站。龍口電站1 號(hào)機(jī)組單機(jī)容量為100 MW，軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，調(diào)速器為WDST-100-6.3 型，液壓技術(shù)主要采用了新型電液比例隨動(dòng)裝置，主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

調(diào)速器電液比例隨動(dòng)裝置（圖1）用以控制主配壓閥活塞的上下移動(dòng)，改變壓力油的流向和流量，進(jìn)而控制主接力器的移動(dòng)和移速，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉、槳葉的開(kāi)啟和關(guān)閉。以槳葉側(cè)液壓隨動(dòng)裝置為例，槳葉的控制系統(tǒng)由自動(dòng)通道和手動(dòng)通道組成。壓力油經(jīng)濾油器過(guò)濾后，一路進(jìn)入主配引導(dǎo)閥，另一路進(jìn)入比例電磁閥以及手動(dòng)操作閥，三閥并聯(lián)。比例電磁閥為自動(dòng)工況使用，手動(dòng)操作閥為手動(dòng)工況使用，自動(dòng)和手動(dòng)工況的選擇由手/自動(dòng)切換隔離閥進(jìn)行切換。正常運(yùn)行時(shí)，主配引導(dǎo)閥接通壓力油；當(dāng)電氣信號(hào)與主接力器位置反饋信號(hào)之差為零時(shí)，主配壓閥準(zhǔn)確地穩(wěn)定于中位，槳葉也穩(wěn)定不動(dòng)；當(dāng)電氣信號(hào)減小時(shí)，主接力器向關(guān)機(jī)方向運(yùn)動(dòng)，槳葉關(guān)閉；反之，電氣信號(hào)增大時(shí)，槳葉開(kāi)啟。故主接力器是按一定比例隨動(dòng)于微機(jī)調(diào)節(jié)器的電氣信號(hào)，構(gòu)成了電液隨動(dòng)系統(tǒng)。

圖1 電液比例隨動(dòng)裝置

在水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)速器液壓隨動(dòng)裝置出現(xiàn)了主配壓閥異常抽動(dòng)，油壓裝置油泵啟停頻繁，槳葉主配不能維持在中位等故障，這給水電站的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響，對(duì)故障現(xiàn)象及其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析并研究相應(yīng)的處理措施，可以有效解決該類故障，并且可以減少甚至避免該類故障的再次發(fā)生，同時(shí)也將為同類型水輪機(jī)調(diào)速器故障的解決提供技術(shù)參考。

1 故障現(xiàn)象分析

1.1 主配異常抽動(dòng)、油耗增大，油泵啟停頻繁

在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行期間，1 號(hào)機(jī)組出現(xiàn)主配異常抽動(dòng)的現(xiàn)象。通過(guò)監(jiān)測(cè)各機(jī)組的油泵啟停間隔時(shí)間，發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)組油泵的啟動(dòng)過(guò)于頻繁，如表2所示。并且1 號(hào)機(jī)組的同一時(shí)段油耗量遠(yuǎn)大于其他機(jī)組。同時(shí)，在測(cè)量期間還對(duì)比了各機(jī)組回油箱油溫，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1 號(hào)機(jī)組油溫高于其他機(jī)組，分析為油泵啟停頻繁，導(dǎo)致油溫升高。

表2 1 號(hào)～4 號(hào)機(jī)組油泵啟停間隔 單位：min

1.2 槳葉操作方式切至純手動(dòng)后，主配閥芯無(wú)法維持在中位

針對(duì)出現(xiàn)故障的1 號(hào)機(jī)組，將其槳葉操作方式切至純手動(dòng)時(shí)，槳葉無(wú)法維持在一定的開(kāi)度，始終有關(guān)回的現(xiàn)象，主配壓閥閥芯偏在關(guān)槳葉側(cè)。槳葉自動(dòng)方式運(yùn)行時(shí)，無(wú)關(guān)回現(xiàn)象，但存在持續(xù)電氣調(diào)節(jié)，耗油量較之前有所增大。

2 故障原因分析

根據(jù)上述的故障現(xiàn)象，并結(jié)合龍口電站水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行了以下分析。

2.1 檢測(cè)機(jī)組槳葉接力器開(kāi)關(guān)腔及操作油管是否串腔

采用引接壓力表可以測(cè)量純手動(dòng)開(kāi)啟槳葉至50%開(kāi)度及關(guān)閉槳葉至20%開(kāi)度后的平壓時(shí)間（兩腔平壓時(shí)間檢測(cè)流程圖如圖2 所示），并可以測(cè)量槳葉全開(kāi)及全關(guān)時(shí)的油壓變化值，同時(shí)通過(guò)壓力油罐磁翻板液位計(jì)可以獲得油位變化值（油壓及油位變化值如表3 所示），根據(jù)平壓時(shí)間、油壓變化值及油位變化值可以判斷槳葉接力器開(kāi)關(guān)腔及操作油管是否串聯(lián)。

平壓時(shí)間測(cè)量結(jié)果如表4 所示，從中可以看出1 號(hào)機(jī)組與其他3 臺(tái)機(jī)組的平壓時(shí)間基本接近，并且從表3 中可以看出在槳葉全開(kāi)及全關(guān)時(shí)，1 號(hào)機(jī)組的油位變化值及油壓降低值與其他3 臺(tái)機(jī)組接近，說(shuō)明機(jī)組槳葉接力器開(kāi)、關(guān)腔及操作油管未發(fā)生串腔。

圖2 兩腔平壓時(shí)間檢測(cè)流程圖

表3 1 號(hào)～4 號(hào)機(jī)組開(kāi)、關(guān)槳葉油耗量及壓降量

表4 平壓時(shí)間測(cè)量結(jié)果

2.2 分析主配異常往復(fù)抽動(dòng)的原因

通過(guò)調(diào)整引導(dǎo)閥中位調(diào)整螺栓（圖3、圖4）可以檢測(cè)主配存在的問(wèn)題，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為開(kāi)機(jī)方向，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為關(guān)機(jī)方向，操作手動(dòng)操作閥，使接力器可穩(wěn)定在任意開(kāi)度為止。

圖3 主配示意圖

由于1 號(hào)機(jī)組主配的故障情況為始終偏向關(guān)機(jī)方向，因此需順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺栓，使主配閥芯向開(kāi)機(jī)側(cè)移動(dòng)。緩慢旋轉(zhuǎn)觀察現(xiàn)象直至轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后，未見(jiàn)主配閥芯移動(dòng)，根據(jù)調(diào)整螺桿的螺距為1.5 mm 可知引導(dǎo)閥閥芯向下移動(dòng)1.5 mm，已足以打開(kāi)閥芯和襯套間的窗口（引導(dǎo)閥遮程僅為0.15 mm，主配遮程為0.3 mm），但此時(shí)主配依然未移動(dòng)，說(shuō)明主配始終偏向關(guān)機(jī)側(cè)是由于閥芯不在中位引起的，并且是因影響閥芯回復(fù)中位的反饋常壓油未接通。進(jìn)一步分析得出，是由于過(guò)油不暢或者油路阻塞，使得主配在操作槳葉關(guān)閉的過(guò)程中無(wú)法得到來(lái)自引導(dǎo)閥常壓油的反饋流量，因此手動(dòng)狀態(tài)下，槳葉會(huì)持續(xù)關(guān)閉，自動(dòng)狀態(tài)下，主配抽動(dòng)。

圖4 主配實(shí)物圖

2.3 檢查手動(dòng)操作閥故障原因

手動(dòng)操作閥在操作槳葉關(guān)閉后，其閥芯如不能在彈簧的作用下自行復(fù)歸，則會(huì)持續(xù)關(guān)閉槳葉，直至全關(guān)。更換新的手動(dòng)操作閥，反復(fù)操作槳葉開(kāi)、關(guān)，但在任何一個(gè)開(kāi)度維持?jǐn)?shù)秒后，槳葉依舊如之前的故障現(xiàn)象一樣，自動(dòng)關(guān)閉至全關(guān)。說(shuō)明這一故障現(xiàn)象不是由手動(dòng)操作閥本身?yè)p壞引起的。

3 處理措施

通過(guò)上述的原因分析可以得出可能是由于油路不暢或者堵塞而引發(fā)的調(diào)速器液壓隨動(dòng)裝置故障，但僅通過(guò)外部?jī)x表檢測(cè)仍無(wú)法準(zhǔn)確獲得引起故障的直接原因，因此在1 號(hào)機(jī)組D 級(jí)檢修時(shí)，對(duì)主配壓閥控制油路集成塊、雙聯(lián)過(guò)濾器（4 所示）進(jìn)行了拆解檢查，進(jìn)一步分析故障原因，以便制定有效的處理措施。

經(jīng)拆解后發(fā)現(xiàn)集成塊接通主配A 口（圖5）即常壓油的油口被一條斷裂的密封圈殘損件阻塞（圖6）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)分析，確認(rèn)這一殘損密封圈系雙聯(lián)過(guò)濾器內(nèi)濾芯端口密封件（圖7）。因此解決措施為：將與各個(gè)油口相通的管路進(jìn)行清洗和吹掃，調(diào)整好主配中位，并更換新的密封件，重新組裝，恢復(fù)至可操作狀態(tài)，并進(jìn)行運(yùn)行試驗(yàn)。

圖4 各部件實(shí)物圖

圖5 主配結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 常壓油油口及斷裂密封圈

圖7 雙聯(lián)過(guò)濾器

1 號(hào)機(jī)經(jīng)過(guò)上述處理后，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)在手動(dòng)操作狀態(tài)下，槳葉可以維持在任意開(kāi)度，無(wú)自動(dòng)關(guān)回的現(xiàn)象；自動(dòng)操作狀態(tài)下，主配再無(wú)頻繁抽動(dòng)的現(xiàn)象，且整個(gè)系統(tǒng)的耗油量明顯較故障時(shí)降低，油泵啟停間隔時(shí)間增長(zhǎng)（表5），說(shuō)明1 號(hào)機(jī)組液壓隨動(dòng)裝置故障已消除，機(jī)組已能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。

表5 1 號(hào)機(jī)組油泵啟停時(shí)間（故障前后對(duì)比）

4 結(jié)論及建議

龍口電站1 號(hào)機(jī)組調(diào)速器在正常運(yùn)行中，雙聯(lián)過(guò)濾器中損壞的密封圈殘留物導(dǎo)致控制油管路出現(xiàn)堵塞，引起槳葉主配頻繁抽動(dòng)、壓油泵頻繁啟動(dòng)、主配偏移中位等問(wèn)題。通過(guò)調(diào)速系統(tǒng)“串腔”檢查、主配中位調(diào)整、檢查控制油管路及進(jìn)一步拆解檢查等環(huán)節(jié)的分析和排查，解決了困擾龍口電站1 號(hào)機(jī)組調(diào)速器液壓隨動(dòng)系統(tǒng)的故障問(wèn)題，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，并給類似電站水輪機(jī)調(diào)速器故障解決提供了技術(shù)參考。

調(diào)速器液壓隨動(dòng)系統(tǒng)是水輪發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要組成部分，它的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到發(fā)電機(jī)組是否能正常發(fā)電。污染是導(dǎo)致液壓系統(tǒng)故障的主要原因，污染會(huì)加速液壓元件的磨損，導(dǎo)致其性能下降，堵塞閥的間隙和孔口，引起閥的故障等。因此嚴(yán)格控制液壓系統(tǒng)的污染是提高調(diào)速器運(yùn)行可靠性的重要保證。