鄧海建

(四川明星電力股份有限公司，四川 遂寧 629000)

1 概 述

三星水電站屬涪江干流梯級開發(fā)的第十七級電站，裝機容量3×1.6萬kW，是明星電力股份有限公司裝機容量最大的水電站,主要承擔明星電力公司供區(qū)的基荷和調(diào)峰負荷，地位重要。三星水電站進水口檢修清污門機使用的是水電七局生產(chǎn)的2×400 kN雙向門式啟閉機，主要由大車運行機構(gòu)、門架、小車、電纜卷筒裝置、司機室、液壓清污抓斗和配電裝置等組成。清污機液壓柵耙寬6 m，通過液壓桿啟閉活動抓齒完成對水面和水下雜草雜樹等漂浮物的清理。

2 故障現(xiàn)象

三星水電站屬于低水頭大流量水電站，汛期雜物較多時經(jīng)常因攔污柵堵塞嚴重而停機清污，清污設(shè)備運行頻率非常高，在高峰時段經(jīng)常24 h不間斷作業(yè)，也因此導致各類機械和電氣故障頻繁。

在2021年汛期，清污設(shè)備在清污作業(yè)過程中出現(xiàn)一例清污機能正常開斗卻偶爾無法閉斗的奇怪故障，現(xiàn)場工作人員通過對設(shè)備掉電后重新上電又能夠恢復正常動作；但使用三五次后又會出現(xiàn)同樣的問題，且沒有任何規(guī)律。

3 清污設(shè)備及工作原理

3.1 清污機工作原理

操作人員開啟油泵電機啟動，經(jīng)過電氣檢測滿足條件后油泵主控繼電器動作閉合油泵主回路三相電源，通過清污機頂端的電纜卷筒(旋轉(zhuǎn)設(shè)備，電壓通過碳刷傳遞)將三相電源通過動力電纜傳遞至下側(cè)的液壓控制箱(該箱體全密封防水，內(nèi)部放置油泵電機和直流單相閥、溢流閥、開閉斗主電磁閥及液壓管路)中的油泵電機。電機得電后啟油泵加壓，形成壓力油，然后操作人員通過控制液壓閥的開啟或關(guān)閉，使液壓閥體的活塞桿左右拉動，讓壓力油進入不同的液壓腔室內(nèi)，形成壓力差，從而達到控制抓斗開啟或關(guān)閉的目的。

3.2 清污機工作方式

清污機工作的方式非常簡單，就是模擬人的手臂抓拿動作，將水中的污物抓取后丟放到一旁的清污板上，再由清污板起降傾倒污物到電站外側(cè)后統(tǒng)一處理。雖然只是一個簡單的抓、提、放的過程，但要讓機器來順利完成分別需要大車行走(橫向定位到抓取地點)、小車行走(縱向定位到前后孔位)、抓斗下放(伸到水面污物上)、抓斗開啟和閉合(污物抓取)、抓斗提起，然后再執(zhí)行一次反向操作將抓斗內(nèi)的垃圾傾倒(見圖1)。抓斗的開閉動作需要建油壓、閥體控壓和卸壓幾個過程，每一個動作都需要電機來驅(qū)動，動作次數(shù)頻繁，所以故障幾率也相對較高。尤其是抓污環(huán)節(jié)，由于部分污物在水下，抓斗部分必須要落入水下近20 m對攔污柵底部雜物進行清理。在此過程中，各管路和液壓控制箱既要承受較高水壓，同時工作環(huán)境也異常復雜。

圖1 清污機結(jié)構(gòu)示意

4 原因分析

從清污的工作原理和電氣控制原理圖可知(見圖2)，抓斗故障的原因無非以下幾種情況：

圖2 清污抓斗部分控制原理

(1)電氣控制回路故障或保護閉鎖。例如，圖中QF4過流跳閘、K41壓力閉鎖繼電器動作，開閉斗互鎖繼電器K44和K43同時動作、KM4油泵繼電器損壞、K42零位繼電器保護動作、SA4切換開關(guān)操作控制桿損壞或不到位等。

(2)卷筒處電源接觸不良或抓斗控制電纜斷線。由于抓斗電源需要通過卷筒處電刷傳遞給卷筒上的電纜，如碳刷接觸不良將使下側(cè)抓斗密封箱內(nèi)的油泵和液壓閥電磁線圈無法得電。另外，電纜卷筒隨清污抓斗上下同步動作收放電纜過程中，電纜頻繁受力；且電力隨抓斗落入下水過程中，也可能因雜物卡住，部分或全部電纜受過大拉扯力斷開，致使操作控制信號無法傳遞給下方液壓部件而無法動作。

(3)液壓部分故障。抓斗的開閉是通過液壓系統(tǒng)來控制，液壓部分故障包括油室、電磁閥和液壓桿開閉腔密封損壞致油面過低、漏油，導致壓力傳遞介質(zhì)不足；液壓閥體出現(xiàn)破損、卡塞、偏移，導致動作不到位；壓力過高時泄放元件溢流閥故障提前泄壓也會導致壓力無法正常傳遞到最終的抓斗開、閉腔室，也無法讓抓斗正常動作。

5 故障分析及處理過程

5.1 故障分析

(1)針對電氣控制回路的可能故障，通過電氣回路中的每一處相關(guān)繼電器和元件進行全面檢查，通過人為閉合電壓傳遞路徑中的每個點，并使用萬用表來進行電壓測量；結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有的電壓元件均工作正常，且電壓的大小符合動作要求，控制回路正常。

(2)針對卷筒部分可能引發(fā)的故障，則是對卷筒和電纜進行上下電阻或電壓的測量。如果相應電纜的上下線兩頭測量是通路的，電纜則是良好的，卷筒處碳刷接觸不良可使阻值變大，導致電壓變低；經(jīng)過全面檢查和通電測試電纜和卷筒部分也無任何問題(電纜斷線引發(fā)的故障在歷次故障中占有較大比例，檢查時作為了重點排查對象，同時啟動時能夠聽到液壓箱體內(nèi)部發(fā)出的電磁閥閉合聲音，也輔助判斷了該點的正常)。

(3)當控制回路和卷筒電纜方面的原因都排除后，液壓系統(tǒng)故障的幾率就很大了。液壓部件的故障可以由油泵電機、電磁閥塊、液壓管路、液壓介質(zhì)不足等綜合引起，需要逐步排除。首先對開閉腔端部和個油管路進行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)滲漏油現(xiàn)象，排除密封損壞漏油情況；通過上電檢查電機運轉(zhuǎn)正常，排除了電機問題；對液壓油液面高度和電機吸油情況檢查再排除了液壓介質(zhì)不足問題。后通過打開液壓控制箱對內(nèi)部液壓管路和各接頭的檢查也未發(fā)現(xiàn)異常，也排除了溢流閥提前泄壓導致的壓力升不上去的可能。

(4)最后，相對精密的主液壓閥塊就成了最終的懷疑對象。

液壓閥塊是將電氣控制轉(zhuǎn)換到液壓控制的中間元件，該元件根據(jù)使用的閥體型號和機能不同，可以分為兩位三通、兩位四通、三位四通等(見圖3)；在上述分類中又分為單向和雙向、是否具有手動控制等情況。而三星水電站清污機使用的就是三位四通的電磁閥，該閥主要由兩側(cè)的電磁線圈部分和中間的液壓閥體部分組成，閥體共分左、中、右3個位置，通過兩側(cè)的電磁線圈驅(qū)動其保持在左側(cè)位置(開)或右側(cè)位置(關(guān))，兩側(cè)均不通電時則自動回中，即保持在中間位置。

圖3 三位四通電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

液壓閥體部分是各個分類腔室和中間的活塞桿，活塞桿為高精度機械結(jié)構(gòu)，腔體共有P、T、A、B共4個連接口，P口為進油口、T口為壓力回流口、A口為開啟進壓口、B口為關(guān)閉進壓口(具體開啟還是關(guān)閉需要根據(jù)實際壓力連接管路決定)。當油泵建壓之后，若活塞桿若被電磁線圈向右拉動，則P腔與A腔連通，壓力油進入A腔；同時B腔與T腔溝通回油泄壓，實現(xiàn)動作。若活塞桿在左位，動作原理相反，如果動作結(jié)束，閥體活塞桿回到中位，A或B腔室均無壓力，相應的抓斗活塞也因為兩側(cè)壓力平衡而保持在靜止狀態(tài)不動。

5.2 故障處理

根據(jù)故障現(xiàn)象隨機的特性分析，閉斗時容易出現(xiàn)不動情況，開斗基本正常。懷疑活塞桿沒有動作到位或卡塞或電磁線圈故障導致電磁力矩不夠，于是對電磁閥全部解體進行全面檢查實驗。

將直流單向閥取下，對閥孔、對中彈簧、墊圈等進行了一一檢查，并通過吹氣的方式進行檢查排除閥孔、泄油孔等堵塞情況，未發(fā)現(xiàn)彈簧變形、閥芯卡阻現(xiàn)象。為了排除內(nèi)漏，將開斗、閉斗油路均解開觀察油路走向，隨即進行一次開閉斗試驗；發(fā)現(xiàn)開斗時2條油路均有出油，但明顯開斗油路出油量更大，但是閉斗操作時2 條油路均無出油，這明顯是閉斗回路活塞桿未動作或動作不到位。

再次取下電磁閥，多次手動操作仍然無異常現(xiàn)象出現(xiàn)，于是解開開斗閥頭和閉斗閥頭進行對比分析。當解開閉斗閥頭時，發(fā)現(xiàn)閉斗一側(cè)閥頭頂部由于動作次數(shù)較多，表面已經(jīng)變得發(fā)亮變形，磨損較大，導致電磁閥針與活塞桿體動作時的位移行程少了1 mm左右，繼而出現(xiàn)行程走不到位的情況。隨后對閉斗閥頭進行了更換，裝配完成后進行啟、閉多次實驗均工作正常，至此該故障消除，缺陷成功處理。

6 結(jié) 語

電氣/機械設(shè)備能否長期正常運行，常常要受許多因素的影響，如電氣控制回路各元器件的可靠性、設(shè)備材質(zhì)的優(yōu)劣、電壓的穩(wěn)定性、介質(zhì)的劣化和保養(yǎng)維護的及時程度等。為確保設(shè)備運行的持續(xù)可靠，必須使用質(zhì)量與材質(zhì)更優(yōu)的電氣元件以減少故障發(fā)生率，同時對設(shè)備的定期維護保養(yǎng)也尤為重要。另外，在故障發(fā)生后需要對故障可能原因進行全面排查分析，從工作原理深入了解，尤其是這種隨機性較大的故障，應全面分析并逐一排查才能準確找到故障原因。