翟志亮,陳樹峰
(吉林松江河水力發(fā)電有限責任公司,吉林 白山 134500)
某水電站安裝2臺軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組,單機容量35 MW。調(diào)速器采用武漢四創(chuàng)自動控制技術(shù)有限責任公司生產(chǎn)的WZT—100/80—6.3-SC03步進式無油電轉(zhuǎn)可編程雙微機調(diào)速器,是一種具有比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)規(guī)律的新型數(shù)字式轉(zhuǎn)速及功率調(diào)節(jié)器。它采用伺服電機直線位移轉(zhuǎn)換器,可接受微機調(diào)速器發(fā)出的電信號并轉(zhuǎn)換成機械位移,以此調(diào)整導(dǎo)葉開度、漿葉轉(zhuǎn)角,改變進入水輪機的流量及輪葉的受力面積,從而調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速和功率。
某日15:32:32,該水電站上位機發(fā)出開機命令,機組在開機并網(wǎng)過程中出現(xiàn)導(dǎo)葉開度在25 %,9 %,20 %,30 %,10 %的不正常調(diào)節(jié)現(xiàn)象。機組開機過程中,正常導(dǎo)葉開度應(yīng)是先開至16 %,在機組轉(zhuǎn)速達到90 %額定轉(zhuǎn)速時,將導(dǎo)葉開度調(diào)整至10 %。
15:34:41,機組并網(wǎng)帶負荷,在帶負荷過程中機組導(dǎo)葉開度反復(fù)來回調(diào)節(jié),機組帶30 MW負荷時出現(xiàn)振動,擺度過大,數(shù)據(jù)如表1所示。
15:37:00,匯報調(diào)度機組振動、擺度過大,申請停機,調(diào)度同意。
15:39:54,機組出口斷路器QF分閘,機組停機至穩(wěn)態(tài)。到水車室檢查,發(fā)現(xiàn)5號導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)連接脫離。匯報調(diào)度及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo),并通知檢修人員處理。
16:00:00,對故障機組做隔離、防轉(zhuǎn)措施,投入機組緊急停機電磁閥、落快速閘門、機組引水隧洞蝸殼排水,為檢修人員對5號脫落連桿的連接做好準備工作。
18:00:00,機組引水隧洞蝸殼水壓為0,需要手動調(diào)整導(dǎo)葉開度對脫落連桿進行連接。在退出緊急停機電磁閥后,出現(xiàn)機組導(dǎo)葉自動開至20 %后又全關(guān)的異?,F(xiàn)象。再次投、退緊急停機電磁閥,仍出現(xiàn)導(dǎo)葉開啟后再關(guān)閉的現(xiàn)象。
18:15:00,將調(diào)速器導(dǎo)葉控制把手切至“機手動”位置,將導(dǎo)葉開度調(diào)整至70 %。在手動操作調(diào)速器手輪過程中,發(fā)現(xiàn)調(diào)速器手輪有發(fā)卡現(xiàn)象,調(diào)速器手輪在開啟后不能馬上復(fù)中,延時1—2 s。
機械液壓控制系統(tǒng)組成及原理如圖1所示。
表1 振動與擺度 μm
圖1 機械液壓控制系統(tǒng)組成及原理
(1) PLC調(diào)速器控制系統(tǒng)根據(jù)輸入電信號和接力器位置反饋,經(jīng)PID運算、放大后,輸出數(shù)字信號給無油電液轉(zhuǎn)換器,無油電液轉(zhuǎn)換器再輸出成比例的位移,經(jīng)引導(dǎo)閥和主配壓閥液壓放大而形成巨大的操作力,控制水輪機的導(dǎo)葉開度α和槳葉轉(zhuǎn)角φ,實現(xiàn)水輪發(fā)電機組的調(diào)速和負荷控制。電液(比例)隨動系統(tǒng)具有二級液壓放大,第1級是引導(dǎo)閥和輔助接力器,第2級是主配壓閥和主接力器。
(2) PLC調(diào)速器控制系統(tǒng)將輸出信號與接力器位置反饋信號進行比較放大后,輸出數(shù)字信號驅(qū)動步進電機帶動滾珠絲桿及自動復(fù)中裝置,產(chǎn)生與輸出信號成比例的位移。因該裝置與引導(dǎo)閥直接連接,此位移使引導(dǎo)閥產(chǎn)生相同的位移行程,并通過輔助接力器使主配壓閥也產(chǎn)生相應(yīng)的位移,同時向主接力器配油使之產(chǎn)生位移,直到主接力器位置信號與輸出的數(shù)字信號相等為止。
2.2.1 機組開機并網(wǎng)過程中導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)
檢查調(diào)速系統(tǒng)油管路是否存在空氣或堵塞、是否存在較大摩擦力的現(xiàn)象。經(jīng)操作檢查分析,調(diào)速器油管路中沒有壓縮空氣,不存在油管路堵塞情況。
檢查調(diào)速器電調(diào)回路是否正常、是否存在PLC回路給調(diào)速器開關(guān)導(dǎo)葉命令的現(xiàn)象。檢查電調(diào)回路,未發(fā)現(xiàn)有寄生回路,步進電機無故障,調(diào)速器參數(shù)設(shè)置合理,因而可排除電調(diào)故障引起導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)。
因調(diào)速器手輪操作過程中存在卡澀現(xiàn)象,分析確定導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)由調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀引起。在開機過程中,上位機給調(diào)速器開機命令開導(dǎo)葉,但由于調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀拒動,PLC再次發(fā)出開導(dǎo)葉脈沖,這時調(diào)速器開腔配油動作開導(dǎo)葉,2個脈沖疊加使導(dǎo)葉實際開度會比原來要達到的開度大,造成過調(diào)節(jié);這時PLC會發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉脈沖,由于調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀拒動,PLC會再次發(fā)出關(guān)導(dǎo)葉脈沖,使調(diào)速器關(guān)腔配油動作關(guān)導(dǎo)葉,同樣造成調(diào)速器關(guān)導(dǎo)葉時過調(diào)節(jié),如此就造成了導(dǎo)葉開度反復(fù)調(diào)節(jié)現(xiàn)象。
2.2.2 5號導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)脫離
由于導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)連接方式為耳柄銷軸連接,上下沒有防脫落擋板和固定銷,在導(dǎo)葉調(diào)速器頻繁反復(fù)過調(diào)節(jié)時,機組控制環(huán)來回擺動,并產(chǎn)生軸向振動,在軸向不平衡力的作用下使5號導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)脫離(如圖2,3所示)。
圖2 導(dǎo)葉拐臂連桿正常連接
圖3 導(dǎo)葉拐臂連桿脫落
2.2.3 機組振動與擺度過大
在5號導(dǎo)葉拐臂連桿脫落后,機組各部振動、擺度異常超標,頂蓋軸向振動達1 000 μm。這是由于5號導(dǎo)葉不受控制環(huán)調(diào)節(jié),在水力的作用下5號導(dǎo)葉會誤開或誤關(guān),開度與其他導(dǎo)葉開度不一致,進入水輪機流量不均,水力不平衡,使水輪機槳葉受力不均,導(dǎo)致機組振動、擺度增大。
2.2.4 緊急停機電磁閥復(fù)歸后導(dǎo)葉先開啟再關(guān)閉
因緊急停機電磁閥投入時,主接力器有壓緊行程,在緊急停機電磁閥復(fù)歸后,導(dǎo)葉調(diào)速器會有1個很短的開導(dǎo)葉脈沖,恢復(fù)壓緊行程,使導(dǎo)葉到全關(guān)狀態(tài)。由于導(dǎo)葉調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀,使開導(dǎo)葉不能執(zhí)行,調(diào)速器再發(fā)開導(dǎo)葉脈沖,在調(diào)速器引導(dǎo)閥不卡可以執(zhí)行開導(dǎo)葉脈沖時,導(dǎo)葉開到一個較大的開度,這時調(diào)速器再發(fā)關(guān)導(dǎo)葉命令,使導(dǎo)葉全關(guān)。
2.2.5 導(dǎo)葉調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀
在調(diào)速器檢修后的安裝過程中,各零部件沒有清洗干凈,造成雜質(zhì)進入調(diào)速器內(nèi)部;調(diào)速系統(tǒng)透平油過濾不徹底,或調(diào)速系統(tǒng)油管路檢修后未清理干凈,造成雜質(zhì)進入調(diào)速器內(nèi)部;引導(dǎo)閥安裝時與主配壓閥不同心,導(dǎo)致操作過程中發(fā)生卡澀。根據(jù)實際情況分析,以上情況均是導(dǎo)致調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀的原因。
在蝸殼無水壓的情況下,將機組導(dǎo)葉開度調(diào)整至與5號導(dǎo)葉開度一致,將5號導(dǎo)葉拐臂與連桿連接向上移動3 cm,使5號導(dǎo)葉拐臂連桿與控制環(huán)上銷軸能夠進行連接,用大錘將連桿砸入銷軸,把5號導(dǎo)葉拐臂與連桿連接牢固。再對機組其他導(dǎo)葉拐臂連桿進行檢查處理,將上翹的連桿重新固定。
(1) 檢查調(diào)速器濾油器,對濾油器進行切換,取出濾油器的2個濾網(wǎng),濾網(wǎng)上有些雜質(zhì),對濾網(wǎng)進行清洗回裝。回裝后試驗,手動操作調(diào)速器手輪還發(fā)卡。
(2) 對調(diào)速器進行分解,檢查復(fù)中下彈簧和復(fù)中上彈簧動作正常,無卡澀現(xiàn)象。取出引導(dǎo)閥,發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)閥上有雜質(zhì)和磨損現(xiàn)象,主配壓閥內(nèi)也有雜質(zhì)。用清潔吸塵器對雜質(zhì)進行清理,再用煤油反復(fù)清洗干凈,確認無雜質(zhì)殘留。對引導(dǎo)閥磨損的部位用細砂紙進行打光。重新更換O型密封墊進行回裝,回裝后引導(dǎo)閥活塞能靠自重在閥體內(nèi)自行滑動無卡澀。給壓力油試驗調(diào)速器手輪手動開關(guān)導(dǎo)葉正常;通過緊急停機電磁閥上的按鈕停機,試驗自動復(fù)中裝置,滿足接力器在5 min內(nèi)的飄移量小于1 mm的自動復(fù)中要求后,再將螺母并緊。
通過故障現(xiàn)象和原因分析,確定這是調(diào)速器引導(dǎo)閥卡澀引起的調(diào)速器反復(fù)調(diào)節(jié),造成導(dǎo)葉拐臂連桿脫落,造成機組振動與擺度過大、機組停機的連鎖反應(yīng)事件。在以后的設(shè)備檢修中,要嚴把質(zhì)量關(guān),把安全隱患消除在萌芽狀態(tài)。針對導(dǎo)葉拐臂連桿容易與控制環(huán)脫落的情況,提出在銷軸上下兩端加裝擋板的措施的建議,防止連桿受振動再次脫落。