段水航，劉 釗，余凱鵬，劉天雄，劉潤(rùn)昌

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

1 接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)簡(jiǎn)述

接力器和主配壓閥是水電機(jī)組調(diào)速器的主要控制部件，主配壓閥由比例閥或五相步進(jìn)電機(jī)及引導(dǎo)閥進(jìn)行液壓控制，操作接力器和活動(dòng)導(dǎo)葉，實(shí)現(xiàn)機(jī)組開(kāi)機(jī)、停機(jī)以及調(diào)節(jié)負(fù)荷的功能。在流道無(wú)壓力水的情況下，進(jìn)行調(diào)速器無(wú)水試驗(yàn)，接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)是其中一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，不同行程的靜態(tài)漂移量可通過(guò)調(diào)整主配壓閥機(jī)械中位實(shí)現(xiàn)[1]，測(cè)量方法為：調(diào)速器切“機(jī)手動(dòng)”模式(無(wú)調(diào)節(jié)反饋)下，動(dòng)作活動(dòng)導(dǎo)葉至典型開(kāi)度(一般選擇25%、50%、65%、80% 4個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度)，接力器活塞桿上架設(shè)磁性表座以及百分表，在正常工作油壓下，測(cè)量接力器漂移量[2]。若漂移量超出設(shè)計(jì)要求，必須調(diào)整引導(dǎo)閥閥芯位置，直到靜態(tài)漂移量在設(shè)計(jì)值范圍之內(nèi)。

漂移量計(jì)算方法為

式中：ΔS為靜態(tài)漂移量，mm/min；Δt為測(cè)定開(kāi)始到結(jié)束的時(shí)間間隔，要求至少為10 min；S0為檢測(cè)開(kāi)始前百分表的讀數(shù)，mm；SΔt為檢測(cè)間隔Δt時(shí)間后百分表讀數(shù)，mm。

根據(jù)2016版《水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗(yàn)導(dǎo)則》要求，接力器1 min靜態(tài)漂移量標(biāo)準(zhǔn)為：≤0.1%×接力器行程[3]。

接力器漂移量測(cè)量過(guò)程中，影響測(cè)量數(shù)據(jù)的因素較多，如主配壓閥中位時(shí) “偏開(kāi)”或“偏關(guān)”、接力器到達(dá)指定開(kāi)度時(shí)是“開(kāi)向”或“關(guān)向”、接力器活塞密封情況、測(cè)量人員因不理解數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因而造成的取值誤差等。而接力器開(kāi)關(guān)腔壓力值達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間區(qū)間較大(幾十秒至幾分鐘)，測(cè)量人員沒(méi)有準(zhǔn)確的判斷標(biāo)準(zhǔn)，通常是將測(cè)量時(shí)間延長(zhǎng)，所取數(shù)據(jù)樣本足夠多后，綜合判斷后期數(shù)據(jù)是否為接力器開(kāi)關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后的數(shù)據(jù)。測(cè)量過(guò)程中每個(gè)工序等待的時(shí)間較長(zhǎng)，效率低下，而且需要測(cè)量人員達(dá)到的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力較高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。

2 接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)意義

2.1 調(diào)速系統(tǒng)失電后的保護(hù)作用

圖1機(jī)組模型導(dǎo)葉水力矩試驗(yàn)結(jié)果，6只測(cè)力導(dǎo)葉從8～24 mm開(kāi)口均具有自關(guān)閉趨勢(shì)，表明28.6%～85.7%導(dǎo)葉開(kāi)度范圍內(nèi)，導(dǎo)葉在水力矩的作用下，可克服導(dǎo)水機(jī)構(gòu)阻力矩和接力器操作力矩的影響，使活動(dòng)導(dǎo)葉具有自關(guān)閉趨勢(shì)[4]。符合標(biāo)準(zhǔn)要求的接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可使機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)突發(fā)失電后，主配壓閥依然保持在中間位置，而活動(dòng)導(dǎo)葉在水力矩的作用下具有自關(guān)閉趨勢(shì)，給運(yùn)行維護(hù)人員充足時(shí)間用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)活動(dòng)導(dǎo)葉開(kāi)度，以保持現(xiàn)有電能輸出指標(biāo)，同時(shí)避免導(dǎo)葉開(kāi)度增大后機(jī)組發(fā)生飛逸或溜負(fù)荷情況。

圖1 導(dǎo)葉自關(guān)閉模型設(shè)計(jì)曲線(xiàn)圖

2.2 使主配壓閥保持良好調(diào)節(jié)狀態(tài)

良好的接力器靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)，可使機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)主配壓閥調(diào)節(jié)時(shí)間周期處于可控范圍(周期長(zhǎng)度適中)，避免發(fā)生主配壓閥調(diào)節(jié)頻繁或長(zhǎng)時(shí)間不調(diào)節(jié)，此時(shí)壓油泵啟動(dòng)頻率較低，壓力油油溫適中，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好。表1為某機(jī)組調(diào)速器無(wú)水試驗(yàn)時(shí)接力器靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)，接力器不同行程均處于關(guān)側(cè)漂移，靜態(tài)漂移量范圍為：0.02～0.5 mm/min；機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，錄制生成接力器開(kāi)關(guān)腔壓力曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2，主配壓閥調(diào)節(jié)周期為54 s，調(diào)節(jié)狀態(tài)良好。

圖2 主配壓閥調(diào)節(jié)周期圖

表1 某機(jī)組接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.3 判斷事故配壓閥、分段關(guān)閉閥內(nèi)泄漏情況

為保持接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格而調(diào)整的實(shí)際中間位置，并不一定是主配壓閥的幾何中間位置，如接力器開(kāi)、關(guān)腔操作油管存在內(nèi)漏時(shí)，主配壓閥實(shí)際中間位置將偏離幾何中間位置[5]。測(cè)量、計(jì)算出主配壓閥幾何中間位置和實(shí)際中間位置的差值，并與主配壓閥遮程對(duì)比，可判斷出事故配壓閥、分段關(guān)閉閥內(nèi)漏問(wèn)題，具有一定實(shí)際意義，見(jiàn)圖3。

圖3 主配壓閥結(jié)構(gòu)圖

1)主配壓閥幾何中間位置測(cè)量方法。①調(diào)速器切“機(jī)手動(dòng)”方式，導(dǎo)葉開(kāi)度5%時(shí)調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，測(cè)10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏開(kāi)”，慢速調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時(shí)，用百分表記錄主配壓閥上端限位板位置a1；導(dǎo)葉開(kāi)度95%調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，測(cè)10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏關(guān)”，慢速調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時(shí)，記錄主配壓閥上端限位板位置a2。②調(diào)速器切“機(jī)手動(dòng)”方式，導(dǎo)葉開(kāi)度5%時(shí)調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，測(cè)10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏關(guān)”，慢速調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時(shí)，用百分表記錄位置a3；“機(jī)手動(dòng)”方式，導(dǎo)葉開(kāi)度95%，調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，測(cè)10 min接力器靜態(tài)漂移量，使主配壓閥稍“偏開(kāi)”，慢速調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥回歸幾何位置，接力器1 min靜態(tài)漂移量為零時(shí)，記錄位置a4。③取a1、a2、a3、a4的平均值a為主配壓閥幾何中位時(shí)限位板位置值。

2)分段關(guān)閉閥和事故配壓閥內(nèi)泄漏判斷方法。調(diào)速器無(wú)水試驗(yàn)中，如主配壓閥關(guān)腔側(cè)事故配壓閥內(nèi)漏，會(huì)造成接力器關(guān)腔管路存在增量壓力油供給[6]，一般需調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥實(shí)際中位時(shí)“偏開(kāi)”，以抵消接力器關(guān)腔管路增量壓力油的影響，此時(shí)主配壓閥實(shí)際中位在幾何中位的偏開(kāi)方向；如主配壓閥開(kāi)腔側(cè)事故配壓閥內(nèi)漏，會(huì)造成接力器開(kāi)腔管路存在增量壓力油供給，一般需調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥實(shí)際中位時(shí)“偏關(guān)”，以抵消接力器開(kāi)腔管路增量壓力油的影響，此時(shí)主配壓閥實(shí)際中位在幾何中位的偏關(guān)方向；如分段關(guān)閉閥內(nèi)漏，接力器開(kāi)腔管路壓力油會(huì)有一部分漏失到回油箱，一般需調(diào)節(jié)引導(dǎo)閥閥芯位置，使主配壓閥中位時(shí)“偏開(kāi)”，以抵消接力器開(kāi)腔管路漏失壓力油的影響，此時(shí)主配壓閥實(shí)際中位在幾何中位[7]的偏開(kāi)方向。

設(shè)主配壓閥幾何中間位置為a，為滿(mǎn)足接力器靜態(tài)漂移量而調(diào)整的主配壓閥實(shí)際中間位置為b，設(shè)主配壓閥遮程(主配壓閥閥盤(pán)厚度與襯套控制窗口高度之差的1/2稱(chēng)為遮程)為c；a可由上述方法測(cè)量計(jì)算得出，b可在接力器靜態(tài)漂移量滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求后直接測(cè)量得出，c為定值，由設(shè)計(jì)制造決定。

若|a-b|>c，表明接力器開(kāi)關(guān)腔管路串聯(lián)的插裝閥可能存在內(nèi)漏，且|a-b|、c的差值和內(nèi)漏可能性成正比；a>b(即主配壓閥中位時(shí)“偏開(kāi)”)說(shuō)明主配壓閥關(guān)腔側(cè)事故配壓閥增壓式內(nèi)漏或分段關(guān)閉閥泄壓式內(nèi)漏；a

3 接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)數(shù)據(jù)解析

流道無(wú)水情況下，接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)需要測(cè)開(kāi)關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后的數(shù)值，才具有意義。接力器開(kāi)關(guān)腔內(nèi)漏良好的情況下，靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)應(yīng)只有以下兩種情況：①全部典型導(dǎo)葉開(kāi)度下，接力器漂移量均為正值；②全部典型導(dǎo)葉開(kāi)度下，接力器漂移量均為負(fù)值。

運(yùn)行年限較長(zhǎng)的機(jī)組，接力器開(kāi)關(guān)腔內(nèi)漏情況較嚴(yán)重時(shí)，根據(jù)接力器活塞間隙均和主配壓閥中位時(shí)的遮程間隙相對(duì)大小不同，接力器漂移量數(shù)值應(yīng)只具有以下四種組合：①全部典型導(dǎo)葉開(kāi)度下，接力器漂移量均為正值；②全部典型導(dǎo)葉開(kāi)度下，接力器漂移量均為負(fù)值；③某些典型導(dǎo)葉開(kāi)度為正值，某些典型導(dǎo)葉開(kāi)度為0；④某些典型導(dǎo)葉開(kāi)度為負(fù)值，某些典型導(dǎo)葉開(kāi)度為0。

其中①和②表明全部開(kāi)度下接力器活塞間隙均小于主配壓閥中位時(shí)的遮程間隙，即調(diào)速系統(tǒng)接力器在內(nèi)漏方面表現(xiàn)良好；③和④中的0漂移量表明此開(kāi)度下，接力器開(kāi)關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后接力器活塞保持不動(dòng)，即開(kāi)關(guān)腔壓差操作功小于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)阻力矩(約為0.4 MPa接力器開(kāi)關(guān)腔壓差操作功)，此種情況表明接力器活塞間隙大于主配壓閥中位時(shí)的遮程間隙。以上四種組合以外的接力器靜態(tài)漂移數(shù)據(jù)組合形式均為虛假數(shù)據(jù)，不具有意義。

以表2某機(jī)組2016～2017年度接力器零漂檢查結(jié)果，分析可得出如下結(jié)果：①依據(jù)接力器第5 min實(shí)際靜態(tài)漂移量數(shù)據(jù)，判斷主配壓閥處中位時(shí)應(yīng)為偏關(guān)；②第1 min接力器活塞的漂移量為接力器開(kāi)關(guān)腔壓力從非穩(wěn)態(tài)到穩(wěn)態(tài)過(guò)渡過(guò)程的平均值，不具有參考意義；③接力器開(kāi)關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后，此次測(cè)量接力器活塞靜態(tài)漂移量數(shù)值組合應(yīng)為正值和0的組合；④40%開(kāi)度下，第5 min時(shí)接力器開(kāi)關(guān)腔壓力未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，接力器靜態(tài)漂移量隨測(cè)量時(shí)間的延長(zhǎng)，開(kāi)關(guān)腔壓力達(dá)到穩(wěn)態(tài)后應(yīng)為0；⑤測(cè)量5 min時(shí)間的接力器靜態(tài)漂移量數(shù)據(jù)樣本不足，不能代表實(shí)際靜態(tài)漂移量。

表2 某機(jī)組2016～2017年度接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4 接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)流程優(yōu)化

為提高接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)效率，對(duì)水電機(jī)組接力器本體進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)接力器靜態(tài)漂移量的輔助測(cè)量裝置，見(jiàn)圖4。在1號(hào)接力器和2號(hào)接力器開(kāi)關(guān)腔本體上分別增加壓力表、雙向密封手動(dòng)球閥及其連接管路，以輔助判斷接力器漂移數(shù)據(jù)，可減少等待時(shí)間，提高測(cè)量效率。

圖4中，在1號(hào)接力器和2號(hào)接力器開(kāi)關(guān)腔本體兩端分別增加數(shù)字式壓力表以及表前閥，2個(gè)表前閥后、壓力表前各伸出連接管，中間設(shè)置雙向密封手動(dòng)球閥，處于常閉狀態(tài)。壓力表為高壓數(shù)字式壓力表，便于測(cè)量時(shí)讀數(shù)；平壓球閥為雙向密封手動(dòng)球閥，可保證雙向分別有壓力油流經(jīng)球閥的情況下，閥門(mén)密封不損壞，閥門(mén)不滲漏。

圖4 接力器漂移量輔助測(cè)量裝置示意圖

裝置工作原理。機(jī)組上游閘門(mén)關(guān)閉，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪無(wú)水狀態(tài)下，調(diào)速器切“機(jī)手動(dòng)”模式，動(dòng)作活動(dòng)導(dǎo)葉至典型開(kāi)度(一般選擇25%、50%、65%、80% 4個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度)，打開(kāi)兩個(gè)接力器的平壓閥，觀察接力器開(kāi)關(guān)腔壓力變化，開(kāi)關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)(即開(kāi)關(guān)腔壓力具有一定壓差，但數(shù)值基本無(wú)波動(dòng))后，關(guān)閉平壓閥，接力器活塞桿上架設(shè)磁性表座及百分表，測(cè)量接力器每1 min的漂移數(shù)據(jù)，記錄3 min，和接力器漂移標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，如超標(biāo)，需要調(diào)整引導(dǎo)閥閥芯位置，再次重復(fù)試驗(yàn)，直至合格。如此優(yōu)化試驗(yàn)流程后，測(cè)量人員只需要達(dá)到一般的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力即可順利開(kāi)展測(cè)量、調(diào)整工作，每個(gè)工序的等待時(shí)間降低，效率提高；平壓后讀取的數(shù)據(jù)為開(kāi)關(guān)腔壓力穩(wěn)態(tài)后的數(shù)值，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

5 結(jié) 語(yǔ)

介紹接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)流程，解析具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)組合產(chǎn)生的過(guò)程和原因，同時(shí)將接力器靜態(tài)漂移試驗(yàn)和調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)泄漏問(wèn)題結(jié)合分析，闡述靜態(tài)漂移試驗(yàn)數(shù)據(jù)更深層次的意義。對(duì)水電機(jī)組接力器本體結(jié)構(gòu)以及試驗(yàn)流程進(jìn)行優(yōu)化，加裝接力器靜態(tài)漂移量輔助測(cè)量裝置，降低測(cè)量等待時(shí)間，提高效率，保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可信，對(duì)接力器內(nèi)泄漏和分段關(guān)閉閥、事故配壓閥內(nèi)泄漏問(wèn)題的分析、處理提供技術(shù)建議。