葛洲壩機(jī)組新事故配壓閥動(dòng)作異常原因分析及處理

張懿雄 易萬(wàn)爽 李興華

摘要：葛洲壩機(jī)組在擴(kuò)大性B修后的調(diào)速器修后機(jī)械（無(wú)水）試驗(yàn)中，新更換的事故配壓閥出現(xiàn)了投入后導(dǎo)葉關(guān)閉異常緩慢、動(dòng)作后復(fù)歸過(guò)程延遲等現(xiàn)象。針對(duì)新事配出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，對(duì)事配結(jié)構(gòu)和事配動(dòng)作油路進(jìn)行分析，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)重新拆除事配本體進(jìn)行逐級(jí)檢查，最終確定其原因是事配的回油腔側(cè)端蓋在出廠時(shí)加工錯(cuò)誤，導(dǎo)致事配在投入和復(fù)歸過(guò)程中，流過(guò)事配閥的油路不順暢。對(duì)回油腔側(cè)端蓋重新加工處理后，事故配壓閥能夠正常動(dòng)作。

關(guān)鍵詞：事故配壓閥;復(fù)歸延遲;動(dòng)作緩慢;調(diào)速器;葛洲壩

中圖法分類(lèi)號(hào)：TV737

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.05.010

葛洲壩機(jī)組單機(jī)容量170 MW，由東方電機(jī)廠生產(chǎn)。由于該機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)各閥門(mén)已運(yùn)行多年，在2018 - 2019年度的擴(kuò)大性B修中對(duì)包括事故配壓閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“事配”）在內(nèi)的部分閥門(mén)進(jìn)行了更換。閥門(mén)更換后在調(diào)速系統(tǒng)修后機(jī)械（無(wú)水）試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)過(guò)速保護(hù)電磁閥，即42DCF投入引起事配動(dòng)作后，導(dǎo)葉向關(guān)側(cè)移動(dòng)的速度異常緩慢，關(guān)機(jī)時(shí)間大于3 min，遠(yuǎn)超過(guò)了事故停機(jī)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)（少于13 s）。在導(dǎo)葉全關(guān)后對(duì)42DCF進(jìn)行復(fù)歸，事配未能正常復(fù)歸，需要手動(dòng)操作引導(dǎo)閥到全關(guān)位置之后，等待約10 min事配才能復(fù)歸。通過(guò)對(duì)引起該現(xiàn)象的各種原因進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際排查，最終找到問(wèn)題根源并得出相應(yīng)的解決方法，最終事配能夠正常投入和復(fù)歸，使其發(fā)揮事故保護(hù)的作用。

1 事配作用

事配是調(diào)速系統(tǒng)至關(guān)重要的部件，安裝于調(diào)速器主配壓閥與導(dǎo)葉接力器之間。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)事配起到通流作用，并不影響導(dǎo)葉的開(kāi)啟和關(guān)閉。在出現(xiàn)以下任一情況時(shí)能夠迅速投入：①機(jī)組過(guò)速而主配壓閥故障拒動(dòng)時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)主油源繞過(guò)主配壓閥直接通過(guò)事配作用于導(dǎo)葉接力器，使導(dǎo)葉快速關(guān)閉，起到保護(hù)機(jī)組的作用;②調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)事故低油壓現(xiàn)象時(shí)，電氣自動(dòng)元件發(fā)送電信號(hào)，事配動(dòng)作、主配壓閥被切除，事故油源進(jìn)入投入腔，動(dòng)作事配使導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)。事配是調(diào)速系統(tǒng)的后備保護(hù)機(jī)構(gòu)，如果在機(jī)組出現(xiàn)異常時(shí)，事配動(dòng)作不正常將導(dǎo)致機(jī)組失去保護(hù)。機(jī)組在事故情況下不能及時(shí)關(guān)閉導(dǎo)葉，將會(huì)造成機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速升高引起機(jī)組振動(dòng)擺度加大以及軸承燒瓦的現(xiàn)象;嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生機(jī)組飛逸，造成機(jī)組的永久性損壞，甚至威脅到廠房的安全。因此，事配的正常動(dòng)作對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行起著舉足輕重的作用。

當(dāng)系統(tǒng)故障排除后需要再次開(kāi)機(jī)時(shí)，復(fù)歸事配作為機(jī)組再次開(kāi)機(jī)的必要條件，事配能否及時(shí)準(zhǔn)確復(fù)歸也將影響機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。因此事配的動(dòng)作和復(fù)歸速度對(duì)機(jī)組的正常、安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用[1]。

2 事配結(jié)構(gòu)及油路

葛洲壩東方電機(jī)廠機(jī)組事配為兩位六通閥，檢修時(shí)，在事配復(fù)歸腔側(cè)增加了彈簧幫助閥芯復(fù)歸，并增加了一條排油管路直通機(jī)坑漏油箱，以防止回油不暢。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，事配處于復(fù)歸狀態(tài)，僅起到流通作用。機(jī)組過(guò)速到一定程度或調(diào)速系統(tǒng)低油壓時(shí)，事配投入腔通壓力油，此時(shí)事配處于投入狀態(tài)，通過(guò)主配壓閥輸送的壓力油被阻斷，投入腔直接與接力器關(guān)腔相連，接力器開(kāi)腔與回油相連，促使接力器向關(guān)機(jī)方向移動(dòng)。當(dāng)機(jī)組恢復(fù)正常后，事配投入腔壓力油被截?cái)啵屡溟y芯示意見(jiàn)圖1。事配壓閥裝配見(jiàn)圖2。由于φa> φb>φc，在壓差作用下，事配閥芯往回移動(dòng)，主配壓閥輸送的壓力油重新與接力器開(kāi)關(guān)腔相連，使調(diào)速系統(tǒng)恢復(fù)正常。

與事配投入腔相連的油源有兩個(gè)，分別與兩個(gè)油閥連接。油閥具有截止閥作用，當(dāng)油閥上部有壓時(shí)，油閥截?cái)嘤吐?當(dāng)油閥上腔控制油源失壓時(shí)，油閥兩側(cè)的油路連通。兩個(gè)油閥分別由42DCF和43DCF控制（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“42油閥”和“43油閥”），42油閥與主油源相連。當(dāng)機(jī)組達(dá)到1 15%Ne時(shí)，42DCF動(dòng)作，主油源與事配投入腔連通使事配投入。43油閥與事故油源連通，當(dāng)機(jī)組達(dá)到152%Ne或調(diào)速系統(tǒng)低油壓時(shí)，43DCF動(dòng)作使事故油源與事配投入腔連通，促使機(jī)組關(guān)機(jī)[2]。事配油路詳見(jiàn)圖3。

3 故障現(xiàn)象及原因分析

在調(diào)速系統(tǒng)修后機(jī)械試驗(yàn)中，在機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)狀態(tài)時(shí)，事配出現(xiàn)誤投入現(xiàn)象，并且無(wú)法靠閥芯兩側(cè)的壓差作用自動(dòng)復(fù)歸，需在開(kāi)腔通壓力油保持一段時(shí)間，然后快速切換機(jī)械柜內(nèi)引導(dǎo)閥至關(guān)機(jī)位置才將事配復(fù)歸。對(duì)該機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)原理與事配閥零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，引起的這種現(xiàn)象的原因可能是：①新事配的復(fù)歸回油腔側(cè)的彈簧偏短，彈簧壓縮力不足以推動(dòng)事配閥芯復(fù)歸到位;②事配閥芯與事配襯套配合間隙偏大引起來(lái)自主配壓閥關(guān)腔油管壓力油與投入腔之間發(fā)生竄油現(xiàn)象，無(wú)法形成足夠的壓差復(fù)歸事配閥芯（在葛洲壩機(jī)組中已證實(shí)有類(lèi)似現(xiàn)象發(fā)生）[3-4]。通過(guò)引導(dǎo)閥的迅速切換，在事配閥芯受到向復(fù)歸側(cè)的沖擊油壓作用下，事配閥芯得以復(fù)歸。

在調(diào)速系統(tǒng)過(guò)速試驗(yàn)中（試驗(yàn)時(shí)動(dòng)作42DCF），事配雖然能夠正常投入，但是動(dòng)作后導(dǎo)葉關(guān)閉速度異常緩慢，關(guān)機(jī)過(guò)程用時(shí)3 min，遠(yuǎn)超過(guò)了試驗(yàn)要求標(biāo)準(zhǔn)[5]。究其原因可能是：①事配閥體內(nèi)或管路中有異物夾雜導(dǎo)致閥體卡塞、動(dòng)作油路流動(dòng)不暢;②新事配的復(fù)歸回油腔側(cè)的彈簧偏長(zhǎng)或者彈簧過(guò)粗，導(dǎo)致彈簧的彈性系數(shù)偏大，阻礙事配閥芯投入到位;③新事配的結(jié)構(gòu)加工問(wèn)題引起關(guān)閉導(dǎo)葉的油路不順暢[3-4]。

在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)主配動(dòng)作關(guān)機(jī)時(shí)，系統(tǒng)中并未聽(tīng)到管路異響，導(dǎo)葉動(dòng)作速度正常，因此排除管路中有異物卡塞。事配投入過(guò)程中，未聽(tīng)到事配閥內(nèi)異響，投入腔管路上壓力表也顯示油壓正常，排除事配閥內(nèi)部異物卡塞或投入腔失壓情況。初步確定問(wèn)題原因在回油腔側(cè)，需要拆卸檢查事配閥以進(jìn)一步確認(rèn)故障原因。

4 故障處理過(guò)程

對(duì)事配回油側(cè)管路及端蓋進(jìn)行拆卸，將彈簧取出與舊事配彈簧比較發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)彈簧長(zhǎng)度一致、直徑相同，考慮到試驗(yàn)時(shí)事配誤投入且復(fù)歸困難，排除因彈簧過(guò)長(zhǎng)或偏短、直徑偏粗阻礙事配投入與順利復(fù)歸，因此發(fā)生此類(lèi)異?，F(xiàn)象的原因與復(fù)歸腔側(cè)的彈簧沒(méi)有關(guān)系。然而在比較新舊端蓋時(shí)發(fā)現(xiàn)，舊事配端蓋的凸起部分和新事配端蓋不一致，與事配閥體的配合部分也有差異（見(jiàn)圖4）。舊事配的凸起部分與閥體的凸起部分位置大小一致，裝配時(shí)兩個(gè)部分互相頂住，形成4個(gè)通油的空腔（見(jiàn)圖5（a））;而新事配端蓋凸起部分與閥體凸起部分正好嵌合，形成封閉腔將油路封堵（見(jiàn)圖5（b））。通過(guò)裝配圖可知，端蓋和閥體之間應(yīng)形成油路滿(mǎn)足事配復(fù)歸時(shí)的回油，而新事配裝配顯然阻塞了回油油路，導(dǎo)致事配投入不徹底，油路不通暢，引起了導(dǎo)葉動(dòng)作緩慢。

確定故障原因后，對(duì)新事配回油側(cè)的端蓋重新進(jìn)行了加工處理，將端蓋原凸起部分切除，使其與閥體凸起部分一致，并調(diào)整端蓋位置使兩個(gè)凸起部分頂住，促使油路暢通?？紤]到試驗(yàn)時(shí)事配有誤動(dòng)現(xiàn)象，復(fù)歸不暢也可能是由于油路不暢，較穩(wěn)妥的做法為使用長(zhǎng)度更長(zhǎng)的復(fù)歸彈簧，使事配在需要復(fù)歸時(shí)更為靈活。經(jīng)以上措施處理后，將事配進(jìn)行重新回裝，并恢復(fù)與其相連的管路法蘭。重新進(jìn)行主油源事故停機(jī)、事故油源停機(jī)與事配復(fù)歸的機(jī)械試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩次事故停機(jī)試驗(yàn)中事配動(dòng)作造成導(dǎo)葉全關(guān)用時(shí)12.6 s，滿(mǎn)足試驗(yàn)規(guī)程的要求，因此該異?，F(xiàn)象已不存在。事配復(fù)歸時(shí)間在45 s以?xún)?nèi)，結(jié)果在試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)的，因此事配閥芯復(fù)歸出現(xiàn)的延遲現(xiàn)象最終也得以消除[3]。修后試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

5 處理依據(jù)及結(jié)果分析

調(diào)速系統(tǒng)油路問(wèn)題定位是個(gè)困難的過(guò)程，任何一個(gè)小細(xì)節(jié)都可能導(dǎo)致問(wèn)題的發(fā)生。在事配發(fā)生故障后，排除管路異物和復(fù)歸彈簧的原因，最終確定為回油側(cè)端蓋加工存在問(wèn)題。根據(jù)新舊端蓋比較和裝配圖分析，新端蓋的凸起部分比舊端蓋要大1倍，且裝配方向正好與閥體的凸起部分嵌合，回油腔油路被完全堵塞，引起事配投入后導(dǎo)葉關(guān)閉速度過(guò)慢。若將新端蓋調(diào)整方位使凸起部分與閥體頂住，油路較正常情況也會(huì)減小一半，導(dǎo)葉關(guān)閉速度無(wú)法達(dá)到要求，因此對(duì)新端蓋凸起部分進(jìn)行切除修整并改變安裝角度，使其與閥體凸起部分完全吻合，從而使回油腔油路恢復(fù)正常，加工圖見(jiàn)圖6。

經(jīng)處理，開(kāi)機(jī)過(guò)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，驗(yàn)證了上述分析的正確性，此次處理使回油腔側(cè)油路暢通，事配恢復(fù)正常，缺陷完全消除。

6 結(jié)論

（1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)事配的實(shí)際拆解，證實(shí)了事配在出廠時(shí)加工失誤是引起關(guān)導(dǎo)葉時(shí)間異常的原因。因此在使用新設(shè)備時(shí)，務(wù)必檢查各部件與裝配圖的一致性，避免安裝后出現(xiàn)問(wèn)題。

（2）事配回油腔的彈簧長(zhǎng)度及粗細(xì)對(duì)于事配能否正常動(dòng)作至關(guān)重要，彈簧太長(zhǎng)或者太粗會(huì)影響事配投入效果，太短則可能造成事配的誤投入，因此選擇合適的彈簧對(duì)整個(gè)事配動(dòng)作的穩(wěn)定性非常重要。

（3）調(diào)速系統(tǒng)修后試驗(yàn)是檢查整個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題的重要過(guò)程，每一項(xiàng)試驗(yàn)都需要嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問(wèn)題。修后試驗(yàn)也是機(jī)組開(kāi)機(jī)前的一道防線(xiàn)，可為機(jī)組正常開(kāi)機(jī)奠定基礎(chǔ)。

（4）通過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定事故發(fā)生在回油腔側(cè)，故障原因?yàn)槎松w加工錯(cuò)誤。對(duì)端蓋加以處理后，在試驗(yàn)中解決了事配投入后導(dǎo)葉動(dòng)作緩慢以及事配誤投入的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏守平.水輪機(jī)調(diào)節(jié)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

[2]劉秋華.大中型水電站機(jī)組事故停機(jī)控制回路設(shè)計(jì)[J].水力發(fā)電廠，2012，38（8）：67-73.

[3] 吳秀蘭.探討水電站機(jī)組運(yùn)行常見(jiàn)故障與處理措施[J-科技與企業(yè)，2014（11）：338.

[4] 趙傳亮.淺析水輪機(jī)調(diào)速器液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障及處理[J].科技展望，2016，26（30）：103.

[5]崔巖.水電站水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)試與維護(hù)[J].科技展望，2015（8）：109.

（編輯：李曉瀠）

作者簡(jiǎn)介：張懿雄，男，助理工程師，主要從事水輪發(fā)電機(jī)組檢修方面的工作。E-mail：596279058@qq.com