張華峰

摘要：文中所述電站裝有四臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳型式水輪發(fā)電機(jī)，是一座以發(fā)電為主，調(diào)峰調(diào)谷的水電站。考慮到電站調(diào)峰調(diào)頻，出力變化比較頻繁，為減小水錘對(duì)機(jī)組的不利影響，設(shè)置了機(jī)組導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置。下面簡(jiǎn)要分析一下分段關(guān)閉裝置中節(jié)流閥的故障及解決方法。

關(guān)鍵詞：分段關(guān)閉裝置;節(jié)流閥;針塞

一、概述

該電站自1985年投產(chǎn)以來(lái)，一直使用JDST-150型調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于調(diào)速器年代久遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)精度差，調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置經(jīng)常性發(fā)生故障，主要表象為一段關(guān)閉時(shí)間經(jīng)常變化、分段關(guān)閉裝置不投入。

二、出現(xiàn)的問(wèn)題

該電站水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，由于晚上處于用電低谷，接到調(diào)度命令后，機(jī)組正常甩負(fù)荷，其余幾臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷后，機(jī)組轉(zhuǎn)速在調(diào)速器的作用下逐步恢復(fù)額定轉(zhuǎn)速，二號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)速卻迅速上升不見(jiàn)回落。最終事故配壓閥動(dòng)作，事故停機(jī)。事后從錄像中觀察發(fā)現(xiàn)二號(hào)機(jī)在整個(gè)機(jī)組甩負(fù)荷過(guò)程中，調(diào)速環(huán)有相應(yīng)動(dòng)作，但是動(dòng)作非常緩慢。

三、分段關(guān)閉原理

電網(wǎng)出現(xiàn)故障，機(jī)組突然甩負(fù)荷時(shí)，調(diào)速器應(yīng)快速關(guān)閉導(dǎo)葉，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)節(jié)過(guò)程，機(jī)組恢復(fù)到空載開(kāi)度。在調(diào)節(jié)過(guò)程中，水輪機(jī)的最高轉(zhuǎn)速值很重要，它影響到機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和使用壽命。為此，要求導(dǎo)葉快速關(guān)閉。在甩負(fù)荷的同時(shí)，由于導(dǎo)葉的快速關(guān)閉，過(guò)水系統(tǒng)流量會(huì)急劇變化，以致產(chǎn)生水擊，即形成最大壓力上升或最大壓力下降，從而影響過(guò)水系統(tǒng)的安全。目前，采用導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置來(lái)協(xié)調(diào)水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速的躍升。甩負(fù)荷時(shí)，盡管導(dǎo)葉全關(guān)閉時(shí)間相同，但采用不同的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律時(shí)，產(chǎn)生的水壓和轉(zhuǎn)速上升率將不相同。理論分析表明，在一定的導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間內(nèi)，存在著一種使水壓上升率最小的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律，這種關(guān)閉規(guī)律稱(chēng)為最優(yōu)關(guān)閉規(guī)律，一般表現(xiàn)為一條不規(guī)則的曲線。雖然采用微機(jī)技術(shù)有可能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)關(guān)閉，但是，從保證可靠性出發(fā)，目前還是采用機(jī)械液壓分段關(guān)閉裝置來(lái)逼近最優(yōu)關(guān)閉曲線。通常采用兩段折線關(guān)閉裝置，一般第一段關(guān)閉速度較大，第二段關(guān)閉速度較小。由于第一段關(guān)閉速度比直線關(guān)閉時(shí)的關(guān)閉速度大，對(duì)于降低轉(zhuǎn)速上升值有明顯的作用。同時(shí)，采用兩段關(guān)閉還可以減輕或防止軸流式水輪機(jī)組的抬機(jī)現(xiàn)象。眾所周知，拐點(diǎn)的位置對(duì)水壓和轉(zhuǎn)速上升值有很大影響，而該電站為軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，流量為455m?/秒。突然關(guān)閉導(dǎo)葉，水錘現(xiàn)象明顯，對(duì)機(jī)組也有較大的不利影響。通過(guò)調(diào)速器分段關(guān)閉裝置可以有效降低水錘現(xiàn)象對(duì)機(jī)組不利的影響，實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉的功能，則由調(diào)速系統(tǒng)的分段關(guān)閉裝置執(zhí)行。根據(jù)一定的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律和一定的導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，接力器快速關(guān)閉至全關(guān)位置，經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速回復(fù)或接近甩負(fù)荷前的轉(zhuǎn)速時(shí)，接力器會(huì)打開(kāi)導(dǎo)葉至空載開(kāi)度，以逐步達(dá)到新的平衡工況。

該電站所使用的分段關(guān)閉裝置由分段關(guān)閉引導(dǎo)閥、分段關(guān)閉限位閥和裝有調(diào)整塊的扇形輪組成，通過(guò)調(diào)整調(diào)整塊，可改變分段關(guān)閉拐點(diǎn)位置。實(shí)現(xiàn)的裝置比較簡(jiǎn)單，只需要在接力器開(kāi)側(cè)的排油管上裝設(shè)一個(gè)節(jié)流閥?？刂乒?jié)流閥是否投入可以用電磁配壓閥啟動(dòng)，也可以由機(jī)械裝置啟動(dòng)。如當(dāng)接力器行程到達(dá)一定的位置時(shí)，通過(guò)接在調(diào)速環(huán)上鋼絲繩的位移或者接力器上斜坡面或者凸輪推動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)使節(jié)流閥投入，減小開(kāi)側(cè)排油的管道截面面積，從而降低排油速度，導(dǎo)葉的關(guān)閉速度隨之減慢。通過(guò)調(diào)整限位閥上的螺母，進(jìn)而調(diào)整接力器的后段（慢速）時(shí)間。截面越小，水錘越小，關(guān)閉時(shí)間就越長(zhǎng)。反之也成立！原理圖如下：

四、故障分析

這次事故發(fā)生后，檢修人員結(jié)合機(jī)組當(dāng)時(shí)的狀態(tài)對(duì)事故的原因進(jìn)行了分析。關(guān)閉速度過(guò)慢，綜合考慮應(yīng)該是開(kāi)側(cè)接力器的排油口變小所致。檢修人員把分段關(guān)閉裝置相關(guān)部位拆開(kāi)，發(fā)現(xiàn)事故是由于調(diào)速器的分段關(guān)閉裝置的引導(dǎo)閥的針塞滑動(dòng)發(fā)卡，不能自由移動(dòng)，當(dāng)機(jī)組甩去負(fù)荷后，調(diào)速器一直處于第二段關(guān)閉狀態(tài)，致使接力器關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間慢，機(jī)組轉(zhuǎn)速急劇上升。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)閥針塞缸體內(nèi)有較多雜質(zhì)，經(jīng)鑒定，為透平油內(nèi)所含雜質(zhì)。由于雜質(zhì)的存在，不但針閥不能自由滑動(dòng)，而且針閥和缸體各自的摩擦面也各有輕微劃傷。

五、解決方法

該電站2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組原來(lái)調(diào)速器運(yùn)行了20余年，由于技術(shù)落后再加上運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)，調(diào)速器磨損嚴(yán)重，精度也越來(lái)越差。首先需要將針塞取出，用透平油清洗干凈。用800#的砂紙進(jìn)行打磨。確保針塞放入缸體后滑動(dòng)自如。針對(duì)高壓油有雜質(zhì)問(wèn)題，在進(jìn)油管前加裝一道細(xì)濾網(wǎng)，減少雜質(zhì)對(duì)兩段關(guān)閉閥的影響。針對(duì)回復(fù)彈簧彈力可能偏小的問(wèn)題，決定在回復(fù)彈簧的底座加上一個(gè)4毫米的墊片，增加動(dòng)作時(shí)彈簧的壓縮量，以增大彈簧力，有利于關(guān)閉閥的回復(fù)。

為了使新調(diào)速器各部件與調(diào)速器更協(xié)調(diào)，工作更平穩(wěn)，進(jìn)行了全面的更換。包括油管、法蘭盤(pán)等。集油槽清洗干凈，透平油也重新過(guò)濾干凈，降低油中雜質(zhì)含量。確保調(diào)整檢修后調(diào)速器穩(wěn)定性安全性方面萬(wàn)無(wú)一失。

六、改進(jìn)后運(yùn)行情況

對(duì)兩段關(guān)閉閥的改進(jìn)后，機(jī)組經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間的運(yùn)行，經(jīng)歷多次甩負(fù)荷的工況，機(jī)組并沒(méi)有因?yàn)檎{(diào)速器的兩段關(guān)閉閥發(fā)卡而出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超升的現(xiàn)象。這說(shuō)明我們對(duì)兩段關(guān)閉閥的改進(jìn)是有針對(duì)性的，是有效的。同時(shí)每過(guò)段時(shí)間都對(duì)透平油取樣化驗(yàn)，隨時(shí)了解油質(zhì)變化。經(jīng)過(guò)對(duì)調(diào)速器的兩段關(guān)閉閥進(jìn)行改進(jìn)，避免了出現(xiàn)甩負(fù)荷后無(wú)法控制機(jī)組轉(zhuǎn)速上升而對(duì)機(jī)組造成的不必要的損害，確保了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]安監(jiān)[2008]23號(hào)，國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（水電廠動(dòng)力部分）[A].

[2]太平灣發(fā)電廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ/TPW 03.001～017-2014）：太平灣電站機(jī)械設(shè)備檢修技術(shù)規(guī)程[S].

[3]太平灣發(fā)電廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QJ/TPW 03.018～028-2014）：太平灣電站機(jī)械設(shè)備檢修工藝規(guī)程[S].

[4]發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導(dǎo)則：DL/T 838-2003[S].