陳晨

摘 要：仙游抽水蓄能電站自投入運(yùn)行以來(lái)，由于設(shè)計(jì)和產(chǎn)品缺陷，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)故障頻發(fā)，對(duì)機(jī)組的安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生了較大的影響。通過(guò)對(duì)缺陷的分析、研究、改進(jìn)，提升了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，確保了設(shè)備安全。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制動(dòng)；缺陷；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TV743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0198-02

1 引言

抽水蓄能電站運(yùn)行靈活、反應(yīng)迅速，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑啟動(dòng)等重要作用。福建仙游抽水蓄能電站位于福建省莆田市仙游縣西苑鄉(xiāng)半嶺村，電站總裝機(jī)容量1200MW，設(shè)有四臺(tái)單機(jī)容量300MW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，為周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。

2 設(shè)備情況

仙游抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、懸式、可逆式同步電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速428.6轉(zhuǎn)/分鐘。機(jī)械制動(dòng)器安裝在發(fā)電機(jī)下機(jī)架上，每臺(tái)發(fā)電機(jī)配置8個(gè)制動(dòng)閘，制動(dòng)閘采用壓縮空氣作為作為強(qiáng)迫制動(dòng)的能源，其工作壓力為0.7-0.8MPa。退出制動(dòng)閘時(shí)，頂起電磁閥失電，頂起腔排氣，同時(shí)復(fù)位電磁閥得電復(fù)位腔充氣，制動(dòng)閘退出，制動(dòng)閘頂起位置開(kāi)關(guān)復(fù)歸，制動(dòng)閘落下位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作；投入制動(dòng)閘時(shí)，復(fù)位電磁閥失電，復(fù)位腔排氣，同時(shí)頂起電磁閥得電，頂起腔充氣，制動(dòng)閘投入，制動(dòng)閘頂起位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作，制動(dòng)閘落下位置開(kāi)關(guān)復(fù)歸。

3 缺陷分析與改進(jìn)

自電站投入運(yùn)行以來(lái)，由于設(shè)計(jì)和產(chǎn)品缺陷，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)故障頻發(fā)，影響了機(jī)組的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)也耗費(fèi)了大量的人力、物力。本文選取幾個(gè)典型故障，對(duì)其產(chǎn)生的原因和改進(jìn)的措施進(jìn)行分析、研究。

3.1 機(jī)組帶機(jī)械制動(dòng)開(kāi)機(jī)

3.1.1 故障描述

2014年07月31日，電站接省調(diào)命令開(kāi)3號(hào)機(jī)發(fā)電，19時(shí)00分26秒上位機(jī)發(fā)出3號(hào)機(jī)組發(fā)電令，19點(diǎn)01分52秒上位機(jī)收到“3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)火災(zāi)報(bào)警”信號(hào)，19時(shí)02分02秒上位機(jī)收到“3號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)速大于95%”信號(hào)，19時(shí)02分03秒上位機(jī)收到“3號(hào)機(jī)組制動(dòng)閘頂起 是”、“3號(hào)機(jī)組機(jī)械剎車異常動(dòng)作跳機(jī)”及“3號(hào)機(jī)組機(jī)械跳閘動(dòng)作”信號(hào)，3號(hào)機(jī)組事故停機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出聲響報(bào)警，風(fēng)洞外圍煙塵彌漫。

3.1.2 問(wèn)題分析

（1）機(jī)組帶機(jī)械制動(dòng)開(kāi)機(jī)原因分析。檢查發(fā)現(xiàn)送至監(jiān)控系統(tǒng)DI模塊的“制動(dòng)閘落下”信號(hào)，在7月30日08時(shí)55分04秒后至31日19時(shí)3號(hào)機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)始終存在。由于此信號(hào)的存在，監(jiān)控系統(tǒng)水輪機(jī)工況轉(zhuǎn)發(fā)電工況步序中的S6-3步序的反饋條件提前滿足，使得該步序退制動(dòng)閘命令“SEQ；CMD.MBK.OFF.S6.3”未發(fā)出執(zhí)行，以致在實(shí)際機(jī)械制動(dòng)器未退出的情況下，進(jìn)入S6-4步序，發(fā)出調(diào)速器水輪機(jī)開(kāi)機(jī)令，打開(kāi)水輪機(jī)導(dǎo)葉，最終造成機(jī)組帶機(jī)械制動(dòng)開(kāi)機(jī)。（2）“制動(dòng)閘落下”信號(hào)誤動(dòng)原因分析?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組制動(dòng)柜制動(dòng)閘復(fù)位監(jiān)視的ZDX-C型制動(dòng)器位置信號(hào)裝置故障，而監(jiān)控系統(tǒng)的“制動(dòng)閘落下”信號(hào)取自該信號(hào)裝置的常閉接點(diǎn)。當(dāng)裝置發(fā)生故障時(shí)，其常閉接點(diǎn)閉合，致使“制動(dòng)閘落下”信號(hào)一直存在，誤送至監(jiān)控系統(tǒng)。（3）“機(jī)械剎車異常動(dòng)作跳機(jī)”異常分析。監(jiān)控系統(tǒng)跳閘程序中設(shè)置有當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)機(jī)械制動(dòng)異常投入觸發(fā)跳機(jī)的保護(hù)。其跳機(jī)邏輯為：當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速大于25%額定轉(zhuǎn)速且收到“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)時(shí)，上位機(jī)發(fā)出“機(jī)械剎車異常動(dòng)作跳機(jī)”信號(hào)，機(jī)組機(jī)械跳機(jī)。此次事件發(fā)生時(shí)，制動(dòng)閘頂起監(jiān)視裝置未輸出“制動(dòng)閘頂起信號(hào)”，使機(jī)組在25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)未能機(jī)械跳機(jī)；直到當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到95%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)才收到“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)，而機(jī)械跳機(jī)。（4）“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)異常分析。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)直到95%額定轉(zhuǎn)速時(shí)才收到的直接原因是由于有1個(gè)制動(dòng)閘的制動(dòng)閘頂起位置開(kāi)關(guān)異常所致。該頂起位置開(kāi)關(guān)起初處于臨界狀態(tài)而未動(dòng)作，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的增大，帶制動(dòng)閘啟動(dòng)的機(jī)組振動(dòng)也逐漸增大，直到95%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，該頂起位置開(kāi)關(guān)因振動(dòng)突破臨界狀態(tài)而動(dòng)作，才送出“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)。

另外，根據(jù)設(shè)計(jì)思路，只要有一個(gè)制動(dòng)閘頂起，制動(dòng)閘頂起監(jiān)視裝置即應(yīng)輸出“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)，而實(shí)際結(jié)果是，只有收到全部8個(gè)制動(dòng)閘的頂起信號(hào)后，裝置才會(huì)輸出“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)。因此，機(jī)組在25%額定轉(zhuǎn)速時(shí)由于有一個(gè)制動(dòng)閘頂起位置開(kāi)關(guān)的信號(hào)沒(méi)有收到，而未能機(jī)械跳機(jī)，使事件影響進(jìn)一步擴(kuò)大。檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)組制動(dòng)柜制動(dòng)閘頂起監(jiān)視裝置的內(nèi)部邏輯存在錯(cuò)誤，與設(shè)計(jì)要求不符。

3.1.3 改進(jìn)措施

（1）制動(dòng)閘復(fù)位監(jiān)視裝置的“制動(dòng)閘落下”信號(hào)輸出采用常閉接點(diǎn)，在裝置故障時(shí)常閉接點(diǎn)閉合誤發(fā)“制動(dòng)閘落下”信號(hào)，是本次帶制動(dòng)閘開(kāi)機(jī)的直接原因；而制動(dòng)閘頂起監(jiān)視裝置的“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)同樣采用常閉接點(diǎn)，在裝置故障時(shí)常閉接點(diǎn)閉合也會(huì)誤發(fā)“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)，可能造成機(jī)組誤跳機(jī)，存在安全隱患。因此，對(duì)機(jī)組制動(dòng)柜ZDX-C型制動(dòng)器位置信號(hào)裝置內(nèi)部程序進(jìn)行修改，使輸出信號(hào)取自常開(kāi)接點(diǎn)，確保出現(xiàn)裝置故障時(shí)，信號(hào)裝置不會(huì)誤發(fā)“制動(dòng)閘落下”或“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)。（2）對(duì)制動(dòng)閘頂起監(jiān)視裝置的內(nèi)部邏輯進(jìn)行修改，使8個(gè)制動(dòng)閘頂起位置開(kāi)關(guān)常開(kāi)接點(diǎn)中的任一個(gè)動(dòng)作時(shí)，裝置即能發(fā)出“制動(dòng)閘頂起”信號(hào)。以確保機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)械制動(dòng)異常投入跳機(jī)保護(hù)的可靠性。（3）鑒于制動(dòng)閘信號(hào)完全取自制動(dòng)器位置信號(hào)裝置存在較大的安全隱患，增加從8個(gè)制動(dòng)閘位置開(kāi)關(guān)直接引出接點(diǎn)到發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程I/O柜中。將8個(gè)制動(dòng)閘落下位置開(kāi)關(guān)常開(kāi)接點(diǎn)串聯(lián)輸出一個(gè)“制動(dòng)閘落下”信號(hào)，8個(gè)制動(dòng)閘頂起位置開(kāi)關(guān)常開(kāi)接點(diǎn)并聯(lián)輸出一個(gè)“制動(dòng)閘落下”信號(hào)，兩信號(hào)送至發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)程I/O柜的DI模塊中，參與監(jiān)控程序控制，提高制動(dòng)閘位置信號(hào)的可靠性。（4）完善監(jiān)控程序存在的漏洞。原監(jiān)控程序中S6-3步序只要預(yù)先收到了“制動(dòng)閘落下”信號(hào)，就不會(huì)發(fā)出退制動(dòng)閘的命令“SEQ；CMD.MBK.OFF.S6.3”。由此，當(dāng)收到了“制動(dòng)閘落下”的假信號(hào)時(shí)，即造成了不應(yīng)有的后果。所以，針對(duì)此情況，對(duì)該步序程序進(jìn)行修改，不論是否收到“制動(dòng)閘落下”的信號(hào)，均發(fā)出一次退制動(dòng)閘的命令，通過(guò)程序上的冗余，來(lái)減小事故發(fā)生的概率。（5）增加非同源判據(jù)，增加判斷的正確性。由于監(jiān)控程序原先只靠位置開(kāi)關(guān)信號(hào)，來(lái)控制、判斷制動(dòng)閘的投、退。為進(jìn)一步確保設(shè)備運(yùn)行的正確可靠，在監(jiān)控程序中引入制動(dòng)閘投入腔壓力信號(hào)，與制動(dòng)閘位置信號(hào)相互比較、判斷，以提升機(jī)組運(yùn)行的安全性。（6）投入振擺跳機(jī)功能，進(jìn)一步確保機(jī)組安全。電站投運(yùn)后，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋振動(dòng)，上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)擺度，抬機(jī)量等的監(jiān)測(cè)。但由于該系統(tǒng)運(yùn)行還不穩(wěn)定，出于防止誤動(dòng)的考慮，僅投入了報(bào)警功能，這也使本次事件發(fā)生時(shí)未能通過(guò)振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)跳機(jī)。近期，通過(guò)對(duì)設(shè)備的升級(jí)、更新，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行已穩(wěn)定可靠，相關(guān)的報(bào)警、跳機(jī)功能已投入使用，進(jìn)一步提升了機(jī)組運(yùn)行的安全。

3.2 位置開(kāi)關(guān)信號(hào)不可靠導(dǎo)致開(kāi)機(jī)條件不滿足

3.2.1 故障描述

四臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行以后，相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)均頻繁出現(xiàn)制動(dòng)閘頂起、落下位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作不到位的情況。在機(jī)組正常開(kāi)、停機(jī)的過(guò)程中由于收不到應(yīng)有的信號(hào)，造成了機(jī)組的開(kāi)、停機(jī)的異常，影響了機(jī)組服務(wù)的及時(shí)性和可靠性；同時(shí)，頻繁的處理這些出現(xiàn)的缺陷，也耗費(fèi)了電站運(yùn)維人員的大量精力。

3.2.2 問(wèn)題分析

通過(guò)檢查、分析，造成制動(dòng)閘頂起、落下位置開(kāi)關(guān)頻繁出現(xiàn)動(dòng)作不到位情況的原因有兩個(gè)方面：

（1）制動(dòng)閘位置開(kāi)關(guān)的擋塊加工存在缺陷，擋塊位置的調(diào)整余量太小，不利于將擋塊調(diào)整到適合的位置。（2）位置開(kāi)關(guān)選型存在問(wèn)題。機(jī)組設(shè)計(jì)使用的制動(dòng)閘位置開(kāi)關(guān)為旋轉(zhuǎn)擺桿型行程開(kāi)關(guān)，其要求動(dòng)作行程較大，而制動(dòng)閘實(shí)際的工作行程較小，無(wú)法可靠的滿足旋轉(zhuǎn)擺桿型行程開(kāi)關(guān)的行程需求，使行程開(kāi)關(guān)時(shí)常處于臨界狀態(tài)。因此，在運(yùn)行過(guò)程中，頻繁出現(xiàn)制動(dòng)閘頂起、落下信號(hào)收不到的現(xiàn)象。

3.2.3 改進(jìn)措施

（1）對(duì)制動(dòng)閘落下位置開(kāi)關(guān)的擋塊進(jìn)行重新加工，將固定螺桿的圓孔改造為腰型孔，以增大制動(dòng)閘落下位置開(kāi)關(guān)的調(diào)整余量，便于將擋塊調(diào)整到適合的位置。（2）對(duì)位置開(kāi)關(guān)進(jìn)行重新選型，選取了OMRON D4A-4509N型的頂部柱塞型位置開(kāi)關(guān)。其可靠動(dòng)作行程與制動(dòng)閘實(shí)際動(dòng)作行程匹配良好，更換后位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠。（3）由于OMRON D4A-4509N型行程開(kāi)關(guān)的位置、尺寸與原位置開(kāi)關(guān)不同，無(wú)法直接安裝在制動(dòng)閘本體上；因此，設(shè)計(jì)制作了新的位置開(kāi)關(guān)固定底板，對(duì)行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行固定。同時(shí)，對(duì)原制動(dòng)閘頂起的擋塊進(jìn)行改造，使之滿足OMRON D4A-4509N的動(dòng)作要求。

3.3 開(kāi)機(jī)過(guò)程中制動(dòng)閘卡澀導(dǎo)致開(kāi)機(jī)失敗

3.3.1 故障描述

3#機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電過(guò)程中，由于4號(hào)制動(dòng)閘存在卡澀無(wú)法正常退出，使得機(jī)組監(jiān)控流程無(wú)法收到“制動(dòng)閘落下”信號(hào)，致使開(kāi)機(jī)超時(shí)失敗。

3.3.2 問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)4號(hào)制動(dòng)閘進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)其制動(dòng)腔、復(fù)位腔、活塞、襯套等部件銹蝕較為嚴(yán)重，特別是襯套與頂起活塞桿之間的銹蝕是造成該制動(dòng)閘無(wú)法正常退出的主要原因。在對(duì)各部件進(jìn)行清洗、打磨并更換密封圈后，進(jìn)行裝配，動(dòng)作試驗(yàn)正常，制動(dòng)閘正常投退。

3.3.3 改進(jìn)措施

（1）針對(duì)由于壓縮空氣中含水分較多，導(dǎo)致制動(dòng)閘出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕的問(wèn)題。首先，定期對(duì)兩臺(tái)低壓氣機(jī)出口的汽水分離器進(jìn)行清污處理；其次，定期對(duì)機(jī)組制動(dòng)柜中的汽水分離器進(jìn)行清污處理；還有，增加低壓制動(dòng)儲(chǔ)氣罐的排污頻次。通過(guò)多種針對(duì)性措施，盡可能的減少壓縮空氣中的水分。（2）在機(jī)組檢修期間，從制動(dòng)閘的制動(dòng)及復(fù)位進(jìn)氣口處注入少量透平油進(jìn)行潤(rùn)滑，以改善各活動(dòng)配合面的運(yùn)行狀況。（3）加強(qiáng)對(duì)制動(dòng)閘投、退動(dòng)作的監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)閘的設(shè)備缺陷并進(jìn)行處理。

4 實(shí)施效果

在實(shí)施了上述一系列的技術(shù)改造和防范措施后，機(jī)組機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)故障出現(xiàn)頻率顯著降低，未再出現(xiàn)導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)以及非計(jì)劃停運(yùn)的嚴(yán)重故障，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)維的工作量和成本也得到了降低，機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性取得了明顯的提升。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)是抽水蓄能機(jī)組的重要輔助設(shè)備，在機(jī)組的啟、停以及工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中，發(fā)揮著重要的作用。本文針對(duì)仙游抽水蓄能電站運(yùn)行幾年來(lái)出現(xiàn)的一些問(wèn)題和缺陷，進(jìn)行分析、研究，總結(jié)了一些行之有效的改進(jìn)和防范措施，對(duì)同類機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)工作具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉鵬龍，霍獻(xiàn)東，常東亮.大型抽水蓄能機(jī)組機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)[J].水電與新能源，2017（5）：20-28.