哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司 孔令義

對于巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)而言，其依托于信息技術(shù)等先進(jìn)的科技，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)故障自動分析和控制，這對延長設(shè)備使用壽命和提高設(shè)備應(yīng)用率也大有裨益。相關(guān)行業(yè)工作人員應(yīng)當(dāng)在充分了解調(diào)速器故障原因的基礎(chǔ)上，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的故障診斷技術(shù)，完善故障控制策略，這樣才能為巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

1 巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障診斷的必要性

調(diào)速器主要應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，其功能是對進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變水輪機(jī)的出力大小，滿足不同需求場景下的水輪機(jī)使用。在實(shí)際應(yīng)用過程中，調(diào)速器長期運(yùn)行有可能會出現(xiàn)各類異常問題，如螺母松動或接力器磨損等情況，使得調(diào)速器出現(xiàn)故障，影響調(diào)速器的正常使用。如果故障問題不能及時解決，就會逐漸演化成危險源，造成嚴(yán)重的安全事故。因此，對機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障進(jìn)行科學(xué)檢修十分有必要，特別是針對大型機(jī)組設(shè)備，故障診斷的意義更為重要。

2 巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀分析

在過去企業(yè)生產(chǎn)中，巨型機(jī)組調(diào)速器的控制系統(tǒng)主要是以傳統(tǒng)的施耐德QuantumCPU雙冗余熱備控制系統(tǒng)為主，這一系統(tǒng)中兩個核心控制系統(tǒng)分別設(shè)置在不同的獨(dú)立電源上面，但是通信系統(tǒng)卻又共用一個體系，通過PLC控制系統(tǒng)與RIO控制系統(tǒng)串聯(lián)線路形成信號傳輸。這些主要包括DI和AI，都需在RIO子站完成數(shù)據(jù)接收和篩選，然后再傳遞給PLC智能控制系統(tǒng)進(jìn)行深化處理。經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)會重新反饋給RIO子站，然后再通過DO和AO對外傳輸模塊將相關(guān)信息輸出到外部元件當(dāng)中。

Quantum系列的PLC控制系統(tǒng)雙機(jī)安裝程序保持一致，雙機(jī)熱備主要由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自動實(shí)現(xiàn)，不需要進(jìn)行雙機(jī)切換，所以也沒有切換程序。但是雙機(jī)中一個被定義為主機(jī)，另一個被定義為備用機(jī)，備用機(jī)實(shí)際上沒有參與任何的程序運(yùn)算，所有的數(shù)據(jù)都是從主機(jī)當(dāng)中讀取調(diào)用的，這樣可以保證主機(jī)向備用機(jī)切換的時候，不產(chǎn)生任何差異，且可以瞬間完成切換，無須數(shù)據(jù)切換適應(yīng)時間。該設(shè)計方式使得任一CPU退出都不會影響監(jiān)控系統(tǒng)的工作[1]。

3 巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)常見的故障類型及原因

以水電廠巨型發(fā)電機(jī)組為例，其調(diào)速器液壓系統(tǒng)普遍存在的故障問題主要集中在以下幾個方面：一是在系統(tǒng)運(yùn)行中存在隔離法動作異常的現(xiàn)象；二是補(bǔ)氣時出現(xiàn)氣體流動；三是冷卻系統(tǒng)運(yùn)行存在故障，電廠用電倒換時泵體結(jié)構(gòu)運(yùn)行存在異常。這些問題的存在一方面影響了機(jī)組運(yùn)行整體效率，另一方面給設(shè)備維修帶來一定的影響，增加企業(yè)管理維護(hù)成本，甚至造成安全事故的發(fā)生。

3.1 液壓系統(tǒng)故障問題

液壓系統(tǒng)發(fā)生故障會導(dǎo)致其無法繼續(xù)運(yùn)行，發(fā)生該類故障多是由于多因素導(dǎo)致的。因此，在實(shí)際故障診斷過程中，很難直接定位問題來源。雖然當(dāng)前時期相關(guān)故障技術(shù)已經(jīng)較為先進(jìn)，智能化診斷水平日益提高，但是對于這類大故障問題，仍然存在一定的診斷缺陷問題，存在診斷信息誤報的可能性。如某水輪機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)的打泵裝置有3臺，其智能化控制程序?qū)τ诖蠊收系呐袛噙壿嬋鐖D1所示。當(dāng)關(guān)聯(lián)的兩臺大泵不可用的時候，系統(tǒng)就會發(fā)出液壓系統(tǒng)大故障警報，但是其他幾部分大泵仍然可以保持獨(dú)立的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，這種情況下有可能會對設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測控制人員造成一定的信號干擾，使得故障判斷出現(xiàn)不及時和不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。當(dāng)動力電源用電倒換的時候，有可能出現(xiàn)大故障問題或正常系統(tǒng)反應(yīng)的混淆[2]。

圖1 液壓系統(tǒng)大故障控制邏輯圖

3.2 油泵自動停泵問題

油泵在巨型機(jī)組中占據(jù)著核心地位，且為了提高資源配置應(yīng)用效果，一般會同時設(shè)置幾臺大油泵和1臺小油泵。其中，大泵一般按照間歇運(yùn)行方式使用，小泵一般按照連續(xù)運(yùn)行方式使用。當(dāng)大泵啟動并達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力參數(shù)值以后，泵機(jī)會自動停止運(yùn)行，以減少多余的不必要做工。這種設(shè)備運(yùn)行策略雖然能夠起到明顯的資源成本降低效果，但是同樣也難以避免設(shè)備長期空載現(xiàn)象，或者在反復(fù)啟動之后，大泵可能會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的設(shè)備老化和磨損，無法實(shí)現(xiàn)自動停泵，這種故障多數(shù)是由于泵機(jī)自動啟停的控制邏輯不合理導(dǎo)致的。

以某巨型水輪機(jī)組為例，其油泵自動啟?？刂七壿嬋鐖D2所示[3]。當(dāng)系統(tǒng)中的小泵發(fā)生故障的時候，與之關(guān)聯(lián)的大泵會被自動啟動并保持連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，以暫時替代小泵裝置，直至小泵的故障被修復(fù)，壓力重新達(dá)到預(yù)設(shè)狀態(tài)，大泵才會自動停止。原則上大泵和小泵臨界壓力參數(shù)值應(yīng)具有一定的交叉性，這樣才能有效觸發(fā)聯(lián)動機(jī)制。但是實(shí)際上小泵的壓力恢復(fù)過程可能會由于不確定性因素導(dǎo)致壓力值不達(dá)標(biāo)，此時大泵就會一直處于空轉(zhuǎn)，無法觸發(fā)自動停泵程度的狀態(tài)。

圖2 大泵控制邏輯圖

3.3 隔離閥狀態(tài)異常問題

隔離閥的異常狀態(tài)主要表現(xiàn)在系統(tǒng)進(jìn)行低油壓試驗的時候，出現(xiàn)隔離閥反復(fù)啟動以及關(guān)閉等典型的故障現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要是隔離控制系統(tǒng)運(yùn)行不善，隔離邏輯存在控制不合理以及隔離閥反復(fù)啟動和關(guān)閉等因素造成的。在原程序控制中，主要是隔離閥開關(guān)失敗、管控邏輯不合理，導(dǎo)致在特殊情況下隔離閥出現(xiàn)了反復(fù)關(guān)閉和開啟，在正常情況下隔離閥關(guān)閉指令的控制時間是30s，但如果系統(tǒng)檢測到隔離閥本身處于關(guān)閉狀態(tài)，那么則會發(fā)出關(guān)閉指令發(fā)送失敗的現(xiàn)象。這種故障影響下，如果沒有設(shè)置故障自動恢復(fù)條件，那么故障會強(qiáng)行發(fā)出隔離閥關(guān)閉指令，在液壓系統(tǒng)運(yùn)行的時候，如果檢測到隔離閥屬于開啟狀態(tài)，則又會發(fā)出異常關(guān)閉的故障警告，并且強(qiáng)行發(fā)出隔離閥開啟指令。液壓系統(tǒng)在運(yùn)行的時候，PLC控制系統(tǒng)會每隔5s發(fā)出隔離閥關(guān)閉信號，待隔離閥狀態(tài)啟動完全回歸之后又會給出隔離閥控制異常的故障指令，此時也會發(fā)出強(qiáng)行關(guān)閉和控制的指令，這種反復(fù)的質(zhì)量會導(dǎo)致隔離閥運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常，進(jìn)而影響到設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

3.4 油泵卸負(fù)荷啟動故障問題

在油泵啟動的時候，由于沒有考慮到油泵荷載以及回路設(shè)計狀況，導(dǎo)致設(shè)備啟動出現(xiàn)故障的現(xiàn)象。在具體工作中，從實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，油泵啟動的時候需要增加荷載組合閥，在啟動之前組合閥處于空載狀態(tài)，避免因啟動帶來的油壓影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性和設(shè)備運(yùn)行安全。但是在具體設(shè)計的時候，這種功能只能設(shè)置在控制系統(tǒng)中，在啟動油泵的時候?qū)⒓虞d啟動項，油泵承擔(dān)的壓力能夠通過啟動柜加載控制裝置進(jìn)行分擔(dān)，避免了油泵啟動對電機(jī)構(gòu)成的損害。如果在設(shè)計中出現(xiàn)了油泵泵體帶來的電機(jī)損害，則需要及時檢查卸載控制回路是否合理和科學(xué)。

4 巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障控制策略優(yōu)化措施

4.1 液壓系統(tǒng)大故障策略優(yōu)化

修改后控制邏輯如圖3所示。

圖3 優(yōu)化液壓系統(tǒng)大故障控制邏輯圖

4.2 大泵啟?？刂撇呗詢?yōu)化

通過結(jié)合上述內(nèi)容對巨型機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)的運(yùn)行故障情況分析，在原控制系統(tǒng)啟動時如果取消小泵系統(tǒng)，那么則容易出現(xiàn)無法同時啟動大泵系統(tǒng)的現(xiàn)象。特別是在主泵1啟動條件中設(shè)置小泵系統(tǒng)時，小泵絕對不能夠直接使用低于6.15MPa的啟動條件。而是在機(jī)組運(yùn)行速度變緩的時候，及時啟動優(yōu)化邏輯和應(yīng)對，提高啟動壓力，保持系統(tǒng)整體維持在既定范圍內(nèi)，延長設(shè)備耐久性和穩(wěn)定性，同時降低設(shè)備的運(yùn)行故障發(fā)生概率[4]。

4.3 自動補(bǔ)氣閥控制策略優(yōu)化

自動補(bǔ)氣閥故障問題的控制優(yōu)化主要在于閉鎖條件的改善，具體優(yōu)化策略如下：在原補(bǔ)氣過程關(guān)閉的控制邏輯基礎(chǔ)上，取消補(bǔ)氣閥開啟失敗的閉鎖條件，并增加補(bǔ)氣持續(xù)時間與間隔時間的判斷條件。當(dāng)補(bǔ)氣控制程序開啟之后，系統(tǒng)不再是單一地對補(bǔ)氣是否完成進(jìn)行判斷，而是對整個補(bǔ)氣過程的多項指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，從而判斷指令執(zhí)行是否到位，進(jìn)而更加精準(zhǔn)地對補(bǔ)氣失敗故障原因進(jìn)行定位。

4.4 油泵控制回路優(yōu)化措施

關(guān)于油泵控制回路存在的問題，在對其所存在的回路設(shè)計問題進(jìn)行優(yōu)化的過程中，可以重點(diǎn)從以下兩方面入手采取措施：一是優(yōu)化和改進(jìn)油泵卸載回力控制方案，在設(shè)計的時候通過在油泵卸載電流控制系統(tǒng)中增加繼電保護(hù)器裝置和信號檢測裝置，在油泵啟動的時候能夠及時執(zhí)行啟動命令，如此一來便能夠及時觀察到油泵啟動的延時情況，及時的接通油泵卸載控制系統(tǒng)中的電線圈數(shù)，達(dá)到設(shè)備啟動和停止環(huán)節(jié)荷載分擔(dān)的目的。二是改進(jìn)油泵啟動回路，與油泵卸載回路的改進(jìn)原理類似，啟動回路的優(yōu)化原理同樣是串入繼電器[5]。如在油泵啟動命令繼電器線圈回路中，串入回油箱液位過低繼電器的一對常閉接點(diǎn)，同時在回油箱液位過低接點(diǎn)動作時，斷開油泵啟動命令線圈回路，強(qiáng)制停泵，以實(shí)現(xiàn)在回油箱液位過低時油泵無法啟動的目的。

5 巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障診斷注意事項

巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障診斷是一項系統(tǒng)化的復(fù)雜工作，導(dǎo)致故障產(chǎn)生的原因也是多種多樣的，因此在實(shí)際診斷過程中，需要從多方面加強(qiáng)診斷質(zhì)量控制。注意事項主要包括以下幾點(diǎn)：

一是要重視日常的設(shè)備養(yǎng)護(hù)與監(jiān)控，通過對數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行定期掌握，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的故障風(fēng)險，這樣可以提前規(guī)避掉較大一部分故障問題。

二是要及時進(jìn)行設(shè)備零件更換。巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷相對較高，運(yùn)行時長也比較久，很多零件都需要連續(xù)不間斷作業(yè)，長期使用狀態(tài)下難免會存在磨損。對于使用壽命到期或已經(jīng)明顯老化的零件，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r間進(jìn)行替換，避免設(shè)備帶病運(yùn)行，這樣可以有效防止設(shè)備故障的擴(kuò)大發(fā)展。

三是相關(guān)巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)使用單位，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建完善的調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)庫，將既有發(fā)生過的故障問題進(jìn)行統(tǒng)一歸集，同時對故障處理措施進(jìn)行統(tǒng)計。這樣一方面可以提高對設(shè)備故障問題的追溯能力，當(dāng)發(fā)生故障的時候，以最快的速度調(diào)取歷史故障檔案，從而進(jìn)行問題綜合分析。另一方面，通過建立故障及故障處理數(shù)據(jù)庫，也能夠總結(jié)積維修方案，為日后設(shè)備使用的維護(hù)以及故障解決提供可靠的參考方案。

經(jīng)過以上分析闡述不難發(fā)現(xiàn)，巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障診斷是一項綜合性較強(qiáng)的工作，對于故障檢測人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較高。工作人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障診斷技術(shù)理論知識，并在實(shí)際診斷工作中不斷積累經(jīng)驗，融合理論和實(shí)踐，從而探索創(chuàng)新故障診斷方法，提高診斷技術(shù)水平，以保障巨型機(jī)組調(diào)速器液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。