摘 要：本文針對當(dāng)今亞洲第一，全球第二大的燈泡貫流式機組檢修后調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時產(chǎn)生異響及振動現(xiàn)象進行分析，確定分段關(guān)閉閥動作投入后節(jié)流明顯，同時回油管路較長是產(chǎn)生異響及振動的主要原因。

關(guān)鍵詞：調(diào)速系統(tǒng) 異響 振動 分段關(guān)閉閥 回油管路

江西省峽江水利樞紐工程位于贛江中游峽江縣巴邱鎮(zhèn)上游約6km，是一座以防洪、發(fā)電、航運為主，兼有灌溉等綜合利用功能的水利樞紐工程。該樞紐電站安裝9臺燈泡貫流式機組，單機容量40MW，為當(dāng)今亞洲第一、全球第二大的燈泡貫流式機組，電站多年平均發(fā)電量11.42億kWh。樞紐工程于2009年動工，2013年9月第一臺機組發(fā)電，2015年4月9臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電。其中9#機組為阿爾斯通水電設(shè)備（中國）有限公司產(chǎn)品，其水輪機控制系統(tǒng)采用南瑞集團公司生產(chǎn)的SAFR2000H型微機調(diào)速系統(tǒng)。本機組于2013年9月投產(chǎn)發(fā)電，2017年進行A級檢修工作，檢修時需將重要部件拆卸進行檢修，檢修完畢后尚需重新調(diào)試。本文針對9#機組調(diào)試時調(diào)速系統(tǒng)管路出現(xiàn)異響及振動現(xiàn)象進行分折，確定分段關(guān)閉閥動作后節(jié)流明顯，同時回油管路較長是產(chǎn)生異響及振動的主要原因。

1.問題的發(fā)現(xiàn)

此次9#水輪發(fā)電機組A級檢修目的是消除運行中出現(xiàn)的受油器操作油管密封老化失效后的漏油現(xiàn)象、轉(zhuǎn)輪室伸縮節(jié)密封磨損漏水現(xiàn)象，其它進行常規(guī)檢修；調(diào)速系統(tǒng)進行了油壓裝置機械部分、事故配壓閥、分段關(guān)閉閥解體體檢查、更換密封件，檢查未發(fā)現(xiàn)異常，按要求回裝。同時壓力油進行了凈化處理，油質(zhì)符合GB11120-2011《渦輪機油》規(guī)定要求。

2018年1月5日，9#水輪發(fā)電機組A級檢修完成回裝后進行重新系統(tǒng)調(diào)試。先進行調(diào)速系統(tǒng)充油建壓，壓力從5MPa、10MPa、20MPa、40MPa到額定壓力，其間采用脈動操作向管路充油，操作導(dǎo)葉、槳葉作全開全關(guān)試驗，同時進行管路充油排氣。在調(diào)速系統(tǒng)在工作壓力狀態(tài)下，操作調(diào)速器檢查調(diào)速靜態(tài)特性曲線，當(dāng)進行導(dǎo)葉全關(guān)閉試驗時，管路產(chǎn)生較大異響（90db左右），并伴隨強烈振動；由于機組在運行中緊急停機時，調(diào)速器是按照導(dǎo)葉全關(guān)閉進行操作，如果操作期間有異響及振動會對管路的安裝支架產(chǎn)生沖擊造成松動、管路的聯(lián)接法蘭密封磨損，造成法蘭聯(lián)接面滲油現(xiàn)象，不利安全運行。故電廠技術(shù)負(fù)責(zé)人員要求在調(diào)試中找出此異響及振動產(chǎn)生的原因，方可繼續(xù)進行下一步試驗，如能消除，則及時消除，如不能在此次檢修期內(nèi)消除，則為下一步改進指明方向。隨后將此現(xiàn)象及時與廠家技術(shù)人員進行溝通，廠家技術(shù)人員認(rèn)為此現(xiàn)象是由調(diào)速系統(tǒng)管路還存在有空氣造成，壓力油流動時帶動氣泡而產(chǎn)生異響及振動，需進一步加強操作，直至將系統(tǒng)管路中的空氣排完。而根據(jù)以往我公司調(diào)試經(jīng)驗，正常狀態(tài)下管路充油全行程動作8次后，管路中的空氣基本排完，而前期充油建壓操作中，調(diào)速系統(tǒng)已動作頻繁，而同時在相同條件下進行導(dǎo)葉全開動作操作時，未發(fā)現(xiàn)異響，故不應(yīng)是管路內(nèi)因空氣原因產(chǎn)生的異響及振動。

為此，調(diào)速系統(tǒng)繼續(xù)按廠家建議進行反復(fù)操作導(dǎo)葉全開、全關(guān)試驗；同時按排調(diào)試人員進行現(xiàn)場排查，盡快找出異響源，經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)地操作觀察，發(fā)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)異響及振動均出現(xiàn)在全關(guān)閉導(dǎo)葉動作時的后段，根據(jù)原理，此時為分段關(guān)閥投入運行，故初步認(rèn)為分段關(guān)閉閥組油流異常導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生異響及振動。

2.設(shè)備原理

9#機組調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)圖如圖1所示，分段關(guān)閉閥為調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)的組成部分；分段關(guān)閉液壓原理圖如圖2所示。

分段關(guān)閉液壓原理如下：

（1）關(guān)機工況?？焖訇P(guān)閉時電磁換向閥V1在彈簧的作用下處于右位，在控制壓力油的作用下液控閥V2處于左位，接力器開腔直接進調(diào)速器開腔，緩慢關(guān)閉時電磁鐵VD帶電，換向閥V1處于左位，在控制壓力油的作用下閥V2處于右位，接力器腔需經(jīng)過節(jié)流閥進入調(diào)速器開腔，調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度可以調(diào)節(jié)關(guān)閉速度。

（2）開機工況。不管V2處于哪一位，調(diào)速器開腔能通過單向閥V3進接力器開腔，因此該裝置不影響開機速度。

3.設(shè)備參數(shù)

南瑞集團公司生產(chǎn)的SAFR2000H型微機調(diào)速系統(tǒng)，其微機調(diào)節(jié)器部分采用了貝加萊公司的PCC2005控制器為核心，機械液壓部分則選用了BOSCH公司的比例伺服閥作為電液轉(zhuǎn)換單元，ZFL-100/S作為主配壓閥，電源、控制模塊、傳感器、電液轉(zhuǎn)換等全部采用了雙冗余配置，且采用了第三方智能切換單元作為仲裁判斷，軟件部分則采用了南瑞公司專有的改進型并聯(lián)PID算法、雙微分算法等。

3.1調(diào)速器

（1）設(shè)備概況：電：電氣柜采用單套2005版PCC控制；機：機械柜采用標(biāo)準(zhǔn)ZFL/S系列自復(fù)中式主配壓閥。

（2）測頻方式：殘壓+齒盤。

（3）電源電壓及供電方式：交流：220v；直流：220v。供電方式：交直流雙重供電。

（4）人工轉(zhuǎn)速死區(qū)范圍：0-±10%。

（5）調(diào)節(jié)參數(shù)范圍：Bp：0-10；Kp：0.5-20；Ki：0-20；Kd：0-20。

（6）協(xié)聯(lián)方式：電氣協(xié)聯(lián)。

（7）電液轉(zhuǎn)換器：型號：博士力士樂0811404036；工作行程或額定輸出流量：6L/min。

（8）主配壓閥直徑：150 mm。

（9）額定油壓Pr：6.3Mpa。

3.2導(dǎo)葉接力器：采用對稱立式推拉桿結(jié)構(gòu)布置

內(nèi)徑：420mm；

活塞桿直徑：180mm；

行程：1406.8mm。

3.3分段關(guān)閉閥

閥芯內(nèi)徑：150mm。

3.4導(dǎo)葉全開到全關(guān)關(guān)閉時間：7s；

導(dǎo)葉全開到全關(guān)分段關(guān)閉時間：15s（第一段5s，第二段10s）；

導(dǎo)葉全開到全關(guān)分段拐點：30%。

3.5引用標(biāo)準(zhǔn)

《渦輪機油》（G B 1 1 1 2 0 -2011）

《水輪機調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件》（GB/T9652.1-2008）

《水輪機調(diào)速器與油壓裝置試驗驗收規(guī)程》（GB/T9652.2-2008）

《水輪機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置技術(shù)規(guī)程》（DL/T563-2001）

4.原因分析

通過導(dǎo)葉接力器運動的行程，計算出操作油的流量，通過運行時間，求得管路內(nèi)的單位時間流量，計算出管內(nèi)油平均的流速。

4.1分段關(guān)閉閥投入前平均流速

總流量：

經(jīng)以上計算分析，分段關(guān)閉閥動作前后流速（1：27.47）及過流面積（137.33：1）變化均較大，分段關(guān)閉閥動作后節(jié)流明顯。

分段關(guān)閉閥動作后已通過的油因慣性仍按原速度運動，單位時間流量為Q1（0.05m3/s），而動作后的分段關(guān)閉閥過油單位時間流量為Q2（0.01m3/s），兩者相差較大，產(chǎn)生不平衡，分段關(guān)閉閥動作后產(chǎn)生負(fù)壓渦流，形成水錘效應(yīng)；同時回油管路較長（分段關(guān)閉閥安裝高程為▽14.30m，回油箱安裝高程為▽38.75m，高差21.45m），無法及時回油消除管路負(fù)壓，由此產(chǎn)生異響及振動。

5.檢驗

通過以上計算分析，發(fā)現(xiàn)分段關(guān)閉閥投入前后流量變化較大，決定將分段關(guān)閉閥控制回路退出運行進行驗證，在正常壓力導(dǎo)葉全關(guān)閉行程操作。經(jīng)過多次操作，調(diào)速系統(tǒng)管路均未在全關(guān)閉時發(fā)出異響及振動，由此證明分段關(guān)閉閥投入是異響及振動產(chǎn)生的原因，以上計算分析是正確，故需對此進行改進。

6.建議

由于9#機組分段關(guān)閉閥安裝高程為▽14.30m，回油箱安裝高程為▽38.75m，高差21.45m；中間通過管路相聯(lián)，造成回油管路較長，無法及時回油消除分段關(guān)閉閥后段管路的負(fù)壓，故導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)在分段關(guān)閉時產(chǎn)生水錘效應(yīng)，出現(xiàn)異響及振動。由于此次檢修工期即將到期，電站機組要及時歸調(diào)，在與電廠技術(shù)負(fù)責(zé)人協(xié)商，決定此次檢修期內(nèi)不作處理；如要徹底消除由分段關(guān)閉閥投入運行時產(chǎn)生的異響及振動現(xiàn)象，建議下次檢修時縮短分段關(guān)閉閥與回油箱間的聯(lián)接管路，可參考相同閥芯直徑并已投運的湖南土谷塘航電樞紐工程的機組調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閥安裝位置，如圖3所示。土谷塘航電樞紐工程機組調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥與回油箱高差不到3m，4臺機組投運近4年，調(diào)速器運行平穩(wěn)，均未發(fā)現(xiàn)異響及振動，故縮短分段關(guān)閉閥與回油箱間的聯(lián)接管路合理可行。

參考文獻：

[1]南瑞集團公司，調(diào)速器隨機圖.

[2]湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院.土谷塘航電樞紐工程技術(shù)設(shè)計圖紙調(diào)整器管路布置圖，2015年5月.

[3]鐘象新.大型燈泡貫流機組定子空中翻身方案探討.水能經(jīng)濟，2018年6月.