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        丹江電廠一起調(diào)速器故障處理

        2018-01-04 18:05:52徐國(guó)盛段清川羅俊凱
        湖南水利水電 2017年6期
        關(guān)鍵詞:主配壓閥調(diào)速器

        徐國(guó)盛 郭 婭 段清川 羅俊凱

        (1.湖北省漢江水利水電(集團(tuán))有限責(zé)任公司丹江口水力發(fā)電廠 丹江口市 442700;2.湖北省漢江水利水電(集團(tuán))有限責(zé)任公司水電公司 丹江口市 442700;3.湖南澧水流域水利水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司 長(zhǎng)沙市 410014)

        丹江口水力發(fā)電廠共裝有6臺(tái)150 MW水輪發(fā)電機(jī)組,1968年10月1日,丹江口水電廠首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電,6號(hào)機(jī)組于1973年10月投產(chǎn)發(fā)電,機(jī)組形式為立軸全傘式。隨著南水北調(diào)中線水源工程丹江口大壩加高后,大壩由初期正常蓄水位157 m,將提高至170 m,由于大壩加高后水頭增高,為適應(yīng)水力參數(shù)的變化,水輪機(jī)要做相應(yīng)的改造。2007~2013年,電廠對(duì)5臺(tái)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性改造,其中6號(hào)機(jī)組于2013年進(jìn)行完水輪機(jī)及調(diào)速器改造。改造后水輪機(jī)型號(hào):HLF211AO-LJ-595,額定出力170.25 MW,額定水頭63.5 m,額定流量301.4 m3/s。調(diào)速器為雙冗余比例伺服閥式全可編程水輪機(jī)調(diào)速器,型號(hào):WDT-150,主配壓閥活塞直徑150 mm,接力器活塞直徑750 mm。丹江電廠每臺(tái)機(jī)組均有一套油壓裝置,包含油泵、壓油罐、集油槽、漏水泵等組成,兩臺(tái)油泵互為備用,供油量10 L/s。6號(hào)機(jī)自21世紀(jì)初,油壓較其它機(jī)組下降較快,壓油泵啟停頻繁。特別是2013年水輪機(jī)和調(diào)速器改造之后,壓油泵啟停更加頻繁。

        1 情況簡(jiǎn)介

        丹江電廠調(diào)速系統(tǒng)額定壓力為2.5 MPa,油泵啟停壓力設(shè)定分別為2.3 MPa和2.5 MPa。正常情況下,油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔一般在(40~90)min之間,但6號(hào)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)于2000年開(kāi)始出現(xiàn)油壓下降較快現(xiàn)象,壓油泵啟停較其它機(jī)組頻繁,一般為其它機(jī)組3~4倍頻次。電廠利用機(jī)組檢修時(shí)間,對(duì)6號(hào)機(jī)調(diào)速器及其它設(shè)備進(jìn)行檢查,并更換了事故配壓閥活塞,但未有好轉(zhuǎn)現(xiàn)象。特別是2013年水輪機(jī)和調(diào)速器改造后,隨著水位升高,發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)壓力下降變快,壓油泵啟動(dòng)更加頻繁。2013年7月19日3時(shí)許,運(yùn)行發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)壓力下降較快,壓油泵約1 min啟動(dòng)一次,調(diào)速器機(jī)柜內(nèi)有較大油流聲。測(cè)量壓油罐罐體油溫達(dá)到51℃,油泵出口溫度60℃,已超出國(guó)標(biāo) GB/T 9652.1-2007使用油溫(10~50)℃范圍要求,由于調(diào)速系統(tǒng)壓力無(wú)法保證長(zhǎng)時(shí)間保持,造成機(jī)組被迫停機(jī)。停機(jī)后將機(jī)組進(jìn)水口快速門(mén)落下,對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查,包括液壓平衡試驗(yàn)、液壓隨動(dòng)試驗(yàn)、壓油泵安全閥動(dòng)作試驗(yàn)、機(jī)組無(wú)水模擬開(kāi)機(jī)等試驗(yàn),均未檢查出原因。

        2 故障分析

        2.1 試驗(yàn)情況

        由于調(diào)速系統(tǒng)壓力油通過(guò)管道內(nèi)部封閉流動(dòng),外部無(wú)法直接觀察流向及流量,且調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備較多,主要包括輔助配壓閥、主配壓閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉閥、接力器、壓油泵、壓油罐、閥組、接力器鎖錠、技術(shù)供水操作液壓閥等,分析排除工作困難,只能通過(guò)間接方法測(cè)量分析。

        技術(shù)人員首先全面檢查了系統(tǒng)各管路無(wú)漏油漏氣情況,調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)、機(jī)械零點(diǎn)飄移均符合要求,因此初步判斷為內(nèi)部漏油。隨后對(duì)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了大量試驗(yàn),現(xiàn)將試驗(yàn)檢查情況詳述如下:

        (1)在停機(jī)狀態(tài)時(shí),測(cè)量壓油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔30 min,而其它機(jī)組則大于2 h。

        (2)在無(wú)水狀態(tài)時(shí),在各導(dǎo)葉開(kāi)度下,接力器無(wú)位移,壓油泵也無(wú)頻繁啟動(dòng)現(xiàn)象,且調(diào)速系統(tǒng)可長(zhǎng)時(shí)間保持壓力不下降。

        (3)在無(wú)水狀態(tài)下,將導(dǎo)葉全開(kāi),并保持調(diào)速器手動(dòng)操作在開(kāi)位(即接力器開(kāi)機(jī)腔保持壓力),記錄油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔3 min。

        (4)2014年10月份當(dāng)水頭達(dá)到70m,機(jī)組負(fù)荷在150 MW萬(wàn)以上時(shí),油泵(7~8)min 啟動(dòng)一次,負(fù)荷在(70~80)MW 時(shí),油泵(3~5)min啟動(dòng)一次,而其它機(jī)組油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔均為(1~2)h。

        (5)將調(diào)速器切手動(dòng)后,觀察接力器有較快回關(guān)現(xiàn)象,8 min后,機(jī)組負(fù)荷由169 MW溜至110 MW,用百分表測(cè)量引導(dǎo)閥只有0.10 mm行程,壓油罐壓力由2.5 MPa降至 2.4 MPa。

        (6) 2015年 6月 4日,試驗(yàn) 5、6號(hào)機(jī)組在手動(dòng)狀態(tài)下機(jī)組負(fù)荷及導(dǎo)葉開(kāi)度變化情況。手自動(dòng)切換時(shí)負(fù)荷均為150 MW,記錄時(shí)間8 min。用百分表測(cè)量5號(hào)機(jī)調(diào)速器引導(dǎo)閥上移0.1 mm,機(jī)組負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間基本無(wú)變化,導(dǎo)葉開(kāi)度由切換前的60.7%,變化為60.19%,變化率0.5%。6號(hào)機(jī)調(diào)速器引導(dǎo)閥上移0.1 mm,機(jī)組負(fù)荷由切換前150 MW,變?yōu)?37 MW,導(dǎo)葉開(kāi)度由切換前的62%,變化為53.5%,變化率8.5%。詳見(jiàn)表1。

        (7)用紅外測(cè)溫儀測(cè)量調(diào)速系統(tǒng)油管路外表面溫度,以此輔助判斷系統(tǒng)油內(nèi)部流向。經(jīng)測(cè)量壓油罐溫度36.4℃,主配至事故配壓閥開(kāi)機(jī)側(cè)油管溫度36℃,主配至事故配壓閥關(guān)機(jī)側(cè)油管溫度33.4℃,事故配壓閥至集油槽回油管溫度36.2℃。詳見(jiàn)附圖。

        表1 5、6號(hào)機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度變化統(tǒng)計(jì)表

        附圖 6號(hào)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)油管路溫度分布圖

        (8)為進(jìn)一步分析調(diào)速系統(tǒng)油管路內(nèi)部油流情況,使用外夾式超聲波流量計(jì)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)油管路流量進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。詳見(jiàn)表2。

        表2 調(diào)速系統(tǒng)油管路流速統(tǒng)計(jì)表 mm/s

        2.2 原因分析

        (1)根據(jù)上述1、2、3現(xiàn)象,從調(diào)速器原理來(lái)看,主配漏油可能性小。因?yàn)?,?duì)調(diào)速器機(jī)械部分或主配壓閥來(lái)說(shuō),它自身是不認(rèn)機(jī)組開(kāi)度的,如調(diào)速器有問(wèn)題,應(yīng)該是不論在什么開(kāi)度,和不論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài),都會(huì)有同樣的表現(xiàn)。且在上述現(xiàn)象時(shí),主配壓閥和接力器都沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。再者,如果是主配間隙過(guò)大,那么,也會(huì)是不論在什么開(kāi)度,不論是動(dòng)態(tài)還是靜態(tài),都會(huì)有同樣表現(xiàn)。

        (2)根據(jù)上述4現(xiàn)象,事故配壓閥和接力器漏油可能性較大。因?yàn)閺乃啓C(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)操作力矩計(jì)算書(shū)中可以看出,機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)為關(guān)力矩,為保持接力器不動(dòng),接力器開(kāi)腔需保持有一定壓力,即開(kāi)關(guān)機(jī)腔有壓差,因此懷疑壓力油從事故配壓閥回油管流回集油槽,或接力器前后腔竄油。

        (3)根據(jù)上述5、6現(xiàn)象,事故配壓閥和接力器漏油可能性較大。因力,調(diào)速器切手動(dòng)后,引導(dǎo)閥只有0.1 mm行程,未達(dá)到0.15 mm調(diào)速器引導(dǎo)閥死區(qū),且8 min時(shí)間里,壓油罐壓力只下降了0.1 MPa,因此,壓力油可能從接力器前后腔竄油,或是事故配壓閥活塞處竄油。

        (4)上述7、8現(xiàn)象,從油管溫度測(cè)量和油管中油流流速數(shù)量可以看出,事故配壓閥漏油可能性較大。因?yàn)?,從油管路溫度圖中看出事故配壓閥回油管溫度較高,與壓油罐本體溫度一致,正常情況下,該油管中無(wú)流動(dòng)油,溫度應(yīng)與室溫相同。且根據(jù)流量計(jì)測(cè)量,該油管中存在油流動(dòng)情況,屬非正常情況。

        綜上所述,事故配壓閥內(nèi)漏可能性較大,原事故配壓閥為滑閥式結(jié)構(gòu),活塞與襯套靠間隙密封,當(dāng)該間隙變大時(shí),壓力油從活塞與襯套間隙回流至集油槽,造成調(diào)速系統(tǒng)油壓下降較快,壓油泵啟停頻繁。且水輪機(jī)改造后,活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行了更換,葉型由負(fù)曲率變?yōu)檎剩啓C(jī)水力矩較改造之前增大,為克服水力矩,需接力器和事故配壓閥開(kāi)機(jī)腔有一定壓力,因此,增大了事故配壓閥內(nèi)漏現(xiàn)象。

        3 故障處理

        經(jīng)過(guò)分析找出故障原因后,電廠更換了新事故配壓閥,新閥選用液壓集成插裝事故配壓閥,該閥的閥塞和閥套采用錐面密封,故與傳統(tǒng)的事故配壓閥的滑閥結(jié)構(gòu)靠間隙密封相比漏油量小,減小了壓油系統(tǒng)漏油量。經(jīng)過(guò)6號(hào)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)現(xiàn),壓油泵由原來(lái)7 min啟動(dòng)一次,增大到158 min啟動(dòng)一次,除降低了廠用電損耗,延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命,還避免了機(jī)組被迫停機(jī)事故,大大提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性,保證了電廠安全發(fā)供電。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        由于調(diào)速液壓系統(tǒng)的內(nèi)部隱蔽性,不易直觀發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。因此在此次分析中,先采取傳統(tǒng)的調(diào)速系統(tǒng)全面分析邏輯法,后通過(guò)排除法以及測(cè)溫和測(cè)流輔助分析方法相結(jié)合,最終找出引起故障原因的部件。

        [1] GB/T 9652.1-2007.水輪機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)條件[S].

        [2]劉大愷.水輪機(jī)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1996.

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