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        非對稱冗余調(diào)速器切換閥故障分析與研究

        2021-11-15 10:18:54陶文莉艾遠(yuǎn)高
        水電站機(jī)電技術(shù) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:油路調(diào)速器導(dǎo)葉

        陶文莉,郝 輝,馬 波,艾遠(yuǎn)高

        (三峽水力發(fā)電廠,湖北 宜昌 443133)

        水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行,與每個機(jī)電設(shè)備的良好性能有著重要關(guān)系。調(diào)速器作為水輪發(fā)電機(jī)組的重要控制系統(tǒng),其安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。切換閥是調(diào)速器液壓系統(tǒng)的重要組成部分,其用于實(shí)現(xiàn)冗余調(diào)速器的液壓油路切換,從液壓回路上保證機(jī)組實(shí)現(xiàn)冗余控制器及手/自動方式之間的無擾切換。在調(diào)速器液壓回路中,切換閥一般不做冗余配置,故對切換閥工作狀況進(jìn)行監(jiān)視,及時(shí)發(fā)現(xiàn)切換閥故障,顯得尤為重要。

        1 非對稱冗余調(diào)速器結(jié)構(gòu)

        某電站機(jī)組調(diào)速器電氣部分采用雙套控制器,電液轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)為比例閥+步進(jìn)電機(jī)自復(fù)中機(jī)構(gòu)相結(jié)合的雙套獨(dú)立電液轉(zhuǎn)換通道,兩個通道相互間完全獨(dú)立,互為備用,采用切換閥實(shí)現(xiàn)液壓回路之間的切換。其中,切換閥為單線圈驅(qū)動,彈簧自復(fù)位。如圖1所示為某電站機(jī)組調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖。

        圖1 調(diào)速器結(jié)構(gòu)圖

        當(dāng)切換閥線圈得電時(shí),A套控制器控制比例伺服閥,由比例伺服閥直接作用于主配壓閥,所對應(yīng)的油路為A套油路;當(dāng)切換閥線圈失電時(shí),B套控制器控制步進(jìn)電機(jī)或者機(jī)手動操作機(jī)構(gòu)控制步進(jìn)電機(jī),均通過自復(fù)中電液轉(zhuǎn)換器作用于主配壓閥,所對應(yīng)的油路為B套油路。

        2 調(diào)速器切換閥故障分析

        2.1 異?,F(xiàn)象與原因確認(rèn)

        某機(jī)組調(diào)速器在模擬A套大故障試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn):在A套自動方式下,斷開切換閥電源,調(diào)速器應(yīng)該按照邏輯設(shè)計(jì)報(bào)出“A套大故障”,并切換至B套運(yùn)行,但現(xiàn)場未按照預(yù)定邏輯切換至B套運(yùn)行,且兩套控制器沒有任何故障報(bào)警信號。

        出現(xiàn)異常情況后,查詢切換閥控制電氣回路設(shè)計(jì)為:切換閥線圈供電回路設(shè)計(jì)有單獨(dú)的空氣開關(guān),A套切換閥控制命令串接在切換閥線圈供電回路中,切換閥本體帶有一組反饋接點(diǎn)直接送至A套控制器。B套沒有設(shè)計(jì)對切換閥的控制邏輯。

        切換閥故障判斷邏輯如圖2所示:在A套主用時(shí),控制器開出切換閥控制命令,若2 s以后仍未收到切換閥反饋信號,則報(bào)A套切換閥故障信號。B套未設(shè)計(jì)切換閥故障判斷邏輯。

        圖2 A套調(diào)速器切換閥故障判斷邏輯

        檢查A套調(diào)速器程序,發(fā)現(xiàn)切換閥反饋信號為1,即切換閥閥芯位置在A套油路。但此切換閥為單線圈電磁閥,切斷其線圈供電后,閥體應(yīng)該在彈簧作用下切換至B套油路。由此基本判斷切換閥出現(xiàn)了卡阻故障。

        對A/B套調(diào)速器導(dǎo)葉控制情況進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn),導(dǎo)葉動作情況如表1所示。

        表1 導(dǎo)葉動作情況表

        由表1可以看出,A套控制器運(yùn)行,即切換閥在A套油路時(shí)導(dǎo)葉可以正常動作,但是在B套和機(jī)手動控制,即切換閥在B套油路時(shí)導(dǎo)葉無法正常動作。由此可以判斷,此時(shí)切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)。

        通過上述分析和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè), A套油路一直保持暢通,無法切換至B套油路。此時(shí),根據(jù)切換閥故障判斷邏輯,在A套主用時(shí),切換閥控制命令一直存在,切換閥反饋接點(diǎn)一直接通,A套沒有故障信號,而B套控制器沒有設(shè)計(jì)切換閥判斷邏輯,也沒有故障信號。所以當(dāng)A套大故障,機(jī)組切至B套或機(jī)手動方式運(yùn)行時(shí),實(shí)際油路一直在A套油路側(cè),調(diào)速器實(shí)際無法控制導(dǎo)葉動作,具有較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

        2.2 導(dǎo)葉動作模擬試驗(yàn)

        針對切換閥卡在A套油路側(cè)的情況,進(jìn)行導(dǎo)葉動作模擬試驗(yàn)。改變比例閥電氣中位設(shè)置,模擬機(jī)組并網(wǎng)狀態(tài)下,A套自動運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)大故障,觀察調(diào)速器切至B套運(yùn)行后導(dǎo)葉的實(shí)際動作情況。

        (1)比例閥電氣中位設(shè)置合理。當(dāng)切至B套主用運(yùn)行后,導(dǎo)葉開度基本維持不變;手動切至機(jī)手動方式運(yùn)行后,操作步進(jìn)電機(jī)手輪,導(dǎo)葉開度依然基本維持不變。在此過程中,無任何故障報(bào)警信號報(bào)出。

        圖3 切換閥發(fā)卡導(dǎo)葉維持不動

        (2)比例閥電氣中位設(shè)置偏開方向。在B套自動方式下, B套的導(dǎo)葉給定不變,但實(shí)際導(dǎo)葉開度一直在往開方向偏移,當(dāng)偏移達(dá)到設(shè)定值時(shí),調(diào)速器報(bào)“導(dǎo)葉液壓故障”“B套大故障”,同時(shí)切至機(jī)手動方式運(yùn)行。由圖4可知,無論是B套自動方式還是機(jī)手動方式,導(dǎo)葉開度一直在往開方向偏移。

        圖4 切換閥發(fā)卡導(dǎo)葉偏開

        (3)比例閥中位設(shè)置偏關(guān)方向。在B套自動方式下, B套的導(dǎo)葉給定不變,但實(shí)際導(dǎo)葉開度一直在往關(guān)方向偏移,當(dāng)偏移達(dá)到設(shè)定值時(shí),調(diào)速器報(bào)“導(dǎo)葉液壓故障”“B套大故障”,同時(shí)切至機(jī)手動方式運(yùn)行。由圖5可知,無論是B套自動方式還是機(jī)手動方式,導(dǎo)葉開度一直在往關(guān)方向偏移。

        圖5 切換閥發(fā)卡導(dǎo)葉偏關(guān)

        2.3 小結(jié)

        由以上導(dǎo)葉動作模擬試驗(yàn)結(jié)果可知,當(dāng)切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)時(shí),當(dāng)比例閥中位設(shè)置合理,B套自動方式下,導(dǎo)葉可以保持穩(wěn)定,機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行,但無法調(diào)整負(fù)荷;當(dāng)比例閥中位設(shè)置偏開,B套自動方式或者機(jī)手動方式下,導(dǎo)葉持續(xù)偏開,機(jī)組有超負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)比例閥中位設(shè)置偏關(guān),B套自動方式或者機(jī)手動方式下,導(dǎo)葉持續(xù)偏關(guān),機(jī)組有逆功率運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)切換閥發(fā)生發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)時(shí),在B套主用或機(jī)手動方式運(yùn)行,無法確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行,且不會有切換閥故障報(bào)警信號,存在較大的風(fēng)險(xiǎn),當(dāng)前切換閥故障判斷邏輯不能滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

        3 改進(jìn)措施

        現(xiàn)有的調(diào)速器程序中只有A套控制器切換閥故障判斷邏輯,可以增加B套控制器切換閥故障判斷邏輯,進(jìn)一步完善調(diào)速器故障判斷機(jī)制。切換閥本身自帶一組反饋接點(diǎn),不經(jīng)過中間繼電器擴(kuò)展,直接送至A套控制器的DI通道。檢查控制器程序發(fā)現(xiàn),B套控制器與A套控制器之間有以太網(wǎng)方式通信,在不影響A套切換閥故障判斷的可靠性,且不改變原有切換閥反饋硬件回路的情況下,可以以通信方式將A套獲取到的切換閥反饋信號送至B套控制器,用以B套切換閥故障判斷。在B套控制器程序中,增加如圖6所示切換閥故障判斷邏輯,當(dāng)調(diào)速器B套主用或機(jī)手動方式運(yùn)行時(shí),若B套控制器收到切換閥反饋信號為1,則B套控制器報(bào)切換閥故障信號。通過B套控制器報(bào)出切換閥故障信號,提示運(yùn)行人員,此時(shí)切換閥卡在A套油路側(cè),不能在B套或機(jī)手動方式實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié),同時(shí)便于維護(hù)人員進(jìn)行故障定位。

        圖6 增加B套切換閥故障判斷邏輯圖

        其次,比例閥電氣中位是一個相對穩(wěn)定的值,應(yīng)在機(jī)組檢修期間無水試驗(yàn)階段,通過導(dǎo)葉跟隨試驗(yàn),對比例閥中位設(shè)置情況進(jìn)行檢查,確認(rèn)比例閥中位設(shè)置合理,確保機(jī)組在切換閥卡在A套油路側(cè)時(shí),即使A套發(fā)生大故障,機(jī)組也可以穩(wěn)定在當(dāng)前導(dǎo)葉開度運(yùn)行。

        程序修改后進(jìn)行現(xiàn)場模擬試驗(yàn):通過強(qiáng)制A套控制器的切換閥控制命令輸出模擬切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè),機(jī)組在A套并網(wǎng)運(yùn)行時(shí),模擬A套大故障,調(diào)速器切至B套主用運(yùn)行后,B套控制器報(bào)出 “切換閥故障”,并切至機(jī)手動運(yùn)行,導(dǎo)葉開度維持在當(dāng)前導(dǎo)葉開度。

        4 結(jié)語

        切換閥作為非對稱冗余調(diào)速器液壓回路切換的關(guān)鍵設(shè)備,其運(yùn)行情況直接關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行。文章通過分析切換閥故障后的導(dǎo)葉動作情況,完善了切換閥故障判斷邏輯,消除了機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行過程中可能存在的安全隱患,進(jìn)一步提升了機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

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