張學(xué)軍

（1.五凌電力有限公司五強(qiáng)溪水電廠，湖南 沅陵 419642；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

水電站調(diào)速器是水輪發(fā)電機(jī)組非常重要的輔助控制設(shè)備之一，它的運(yùn)行品質(zhì)好壞直接決定了機(jī)組運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。通常而言，調(diào)速器故障的發(fā)現(xiàn)主要通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、巡視巡查手段實(shí)現(xiàn)，但該手段發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，往往在故障發(fā)生之后，不符合電站關(guān)口前移、防范隱患的理念。

通常而言，故障的出現(xiàn)，往往伴隨著不良的預(yù)警特征值，如軸線問題伴隨著機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)偏大，泵體卡澀伴隨著電機(jī)運(yùn)行電流偏大，基于這一理念，遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及趨勢預(yù)警功能，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵特征值的統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而通過數(shù)據(jù)變化趨勢，完成特征值的不良變化預(yù)警，幫助電站工作人員實(shí)現(xiàn)關(guān)口前移，防范隱患，同時(shí)也為電站鎖定問題癥結(jié)，遏除隱患提供理論基礎(chǔ)。

2 實(shí)例概述

2021年，遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)預(yù)警電站2、5號(hào)機(jī)組調(diào)速器壓油泵啟停時(shí)間間隔縮短，存在較低下限。

根據(jù)GB/T 9652.1-2019《水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)條件》4.4.14要求，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下，對(duì)于間歇運(yùn)行的油壓裝置，油壓從正常操作油壓上限降至正常操作油壓下限的間隔（油泵啟動(dòng)間隔）時(shí)間應(yīng)大于30 min[1]。

針對(duì)這一現(xiàn)象，電站立即調(diào)取2號(hào)、5號(hào)機(jī)調(diào)速器2021年3月～11月壓油泵啟停時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，按開、停機(jī)工況區(qū)分，繪制曲線圖，逐一分析如下：

（1）2號(hào)機(jī)：

圖中較低位置均為開停機(jī)瞬間或調(diào)頻期間，調(diào)速器動(dòng)作消耗油壓造成，過高位置為系統(tǒng)誤差，停機(jī)態(tài)下啟停時(shí)間趨勢重點(diǎn)關(guān)注直線段（非峰值），開機(jī)態(tài)下因峰值較多，重點(diǎn)關(guān)注曲線平均值，依此繪制平均值曲線如圖1重黑實(shí)線所示，由趨勢線可知，在停機(jī)狀態(tài)下，如圖1所示，2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油泵啟停時(shí)間間隔情況變化較為平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在2～3 h之間，2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油泵起停時(shí)間沒有惡化趨勢；在開機(jī)狀態(tài)下，由2020年分析結(jié)果，穩(wěn)定工況下（機(jī)組不參與調(diào)頻工作），2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油泵啟停周期由4 h逐步縮短至3 h以內(nèi)，巡屏檢查機(jī)組運(yùn)行時(shí)，油泵啟停間隔最短縮短至2 h，由圖2可知，2021年2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油泵起停時(shí)間間隔處于2～3 h之間，與去年數(shù)據(jù)和圖形相比近似，無惡化趨勢。

圖1 2號(hào)機(jī)調(diào)速器開機(jī)時(shí)壓油泵時(shí)間間隔曲線

圖2 2號(hào)機(jī)調(diào)速器停機(jī)時(shí)壓油泵時(shí)間間隔曲線

結(jié)合數(shù)據(jù)分析，2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油泵啟停時(shí)間間隔沒有繼續(xù)惡化的趨勢，但同比于1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組，2號(hào)機(jī)調(diào)速器壓油泵啟停時(shí)間間隔相對(duì)較短，因此還需進(jìn)一步分析原因，排查問題情況。

在滿負(fù)荷穩(wěn)定工況下，電站對(duì)2號(hào)機(jī)、4號(hào)機(jī)調(diào)速器回油箱進(jìn)行了觀察，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組主配回油管上方液面存在翻油現(xiàn)象，即當(dāng)主配處于中位時(shí)，主配回油腔排油口有油液流出；同比相同工況下4號(hào)機(jī)組，主配回油管上方液面較為平靜，基本可確定無油液流出，該現(xiàn)象說明2號(hào)機(jī)主配壓閥中位可能存在漂移情況，該漂移情況導(dǎo)致主配壓閥活塞存在向關(guān)機(jī)腔或開機(jī)腔偏移，壓力油不斷通過因偏移連通的閥腔回油，形成回油箱油面翻油現(xiàn)象，但該原因僅為該現(xiàn)象的初步分析，后續(xù)實(shí)際情況，還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖3 調(diào)速器穩(wěn)定狀態(tài)下回油箱主配位置情況對(duì)比

圖3左為2號(hào)機(jī)組滿負(fù)荷穩(wěn)定工況下回油箱狀態(tài)，可明顯看到油面波動(dòng)，內(nèi)部持續(xù)有油涌出，圖3右為同狀態(tài)下4號(hào)機(jī)組，作為對(duì)比，油面安靜，無異?，F(xiàn)象。

（2）5號(hào)機(jī)：調(diào)取5號(hào)機(jī)調(diào)速器2021年3月～11月壓油泵啟停時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，按開、停機(jī)工況區(qū)分，繪制曲線圖如圖4。

圖4 5號(hào)機(jī)調(diào)速器開機(jī)時(shí)壓油泵時(shí)間間隔曲線

圖5 5號(hào)機(jī)調(diào)速器停機(jī)時(shí)壓油泵時(shí)間間隔曲線

圖中較低位置均為開停機(jī)瞬間或調(diào)頻期間，調(diào)速器動(dòng)作消耗油壓造成，過高位置為系統(tǒng)誤差，與2號(hào)機(jī)分析過程類似，從圖像中可知，5號(hào)機(jī)在停機(jī)時(shí)，油泵啟停時(shí)間間隔變化平穩(wěn)，在3～4 h之間，無惡化趨勢，開機(jī)過程因圖4坐標(biāo)軸區(qū)間過大，不易觀察，現(xiàn)截去大于5 h的誤差值，重新繪制圖像如圖6所示。

圖6 5號(hào)機(jī)調(diào)速器停機(jī)時(shí)壓油泵時(shí)間間隔（＜5 h）曲線

從圖6中可以看出，5號(hào)機(jī)開機(jī)過程油泵起停時(shí)間間隔趨勢較為平穩(wěn)，無明顯惡化趨勢，均值在2 h左右，而此前報(bào)警時(shí)間段為圓圈圈中部分，查閱該時(shí)間段機(jī)組工況及壓油槽油壓數(shù)據(jù)，截取圖形如圖7所示。

圖7 5號(hào)機(jī)調(diào)速器圓圈部分曲線

從圖7中可以看出，該時(shí)間段機(jī)組開機(jī)過程調(diào)功頻繁，引起壓油泵啟停頻繁，時(shí)間間隔縮短[2]，為正?，F(xiàn)象，與此同時(shí)，在滿負(fù)荷穩(wěn)定工況下，電站檢查5號(hào)機(jī)調(diào)速器回油箱，內(nèi)部情況與2號(hào)機(jī)類似，主配回油管上方液面存在翻油現(xiàn)象。

3 原因分析

根據(jù)電站主配壓閥結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)組處于開機(jī)時(shí)，主配在未接收操作指令時(shí)處于中位，在停機(jī)時(shí)由于停機(jī)電磁閥投入主配控制腔失壓而處于關(guān)機(jī)位。調(diào)速器壓油泵啟停時(shí)間間隔縮短直接原因?yàn)閴河筒凼狠^快，結(jié)合回油箱內(nèi)主配回油管上方液面翻油現(xiàn)象，可得出以下幾種可能。

（1）主配壓閥活塞與襯套之間因磨損、劃傷等原因?qū)е麻g隙變大[3]（原始間隙0.015～0.025 mm），造成壓力油通過閥芯間隙流入回油腔；因目前可觀測到泄漏量較大，而閥芯閥套磨損所造成的間隙增大是一個(gè)長期且不可逆的過程，且往往伴隨著導(dǎo)葉波動(dòng)增大。

（2）主配壓閥襯套與回油腔O型密封破損，造成回油腔與壓力腔連通，來自壓油槽的壓力油不斷通過該破損處，流入回油箱。

（3）主閥活塞中位漂移[4]，即閥芯閥盤與襯套過油口中心未完成對(duì)正，因調(diào)速器設(shè)計(jì)考慮調(diào)節(jié)靈敏度，主配壓閥行程均設(shè)計(jì)為較小數(shù)值，當(dāng)中位存在微小漂移時(shí)，造成主配上、下閥盤不能完全隔離主配閥體各腔。導(dǎo)致開機(jī)腔（下漂移）或關(guān)機(jī)腔（上漂移）與回油腔聯(lián)通，壓力油持續(xù)泄壓至回油箱，使主配頻繁動(dòng)作，開始向上述泄壓腔補(bǔ)油，壓油槽壓力消耗加快，壓油泵啟停時(shí)間間隔縮短。

此外，在調(diào)速器液壓系統(tǒng)油溫度較高時(shí)，油的黏度降低，流動(dòng)性更強(qiáng)，通過活塞與襯套間隙損失至回油箱的壓力更多，壓油泵啟停時(shí)間更短，這與停機(jī)過程壓油泵啟停時(shí)間間隔隨季節(jié)變化趨勢相符。

4 處理

針對(duì)上述分析，為保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免壓油泵啟停時(shí)間間隔持續(xù)縮短導(dǎo)致的壓油槽補(bǔ)壓故障，調(diào)速器液壓系統(tǒng)動(dòng)力模塊失效，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，在機(jī)組檢修前，電站采取了以下預(yù)控措施。

（1）持續(xù)關(guān)注2號(hào)、5號(hào)機(jī)組壓油泵啟停時(shí)間間隔趨勢，提前做好搶修準(zhǔn)備，避免啟停時(shí)間進(jìn)一步縮短影響機(jī)組調(diào)速器正常功能；

（2）持續(xù)關(guān)注2號(hào)、5號(hào)機(jī)穩(wěn)定工況下導(dǎo)葉運(yùn)行規(guī)律，將其與壓油槽油壓變化趨勢進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，預(yù)防泄壓速度加快造成的波動(dòng)值擴(kuò)大；

（3）持續(xù)關(guān)注2號(hào)、5號(hào)機(jī)穩(wěn)定工況下回油箱主配下方油面波動(dòng)情況，結(jié)合壓力變化數(shù)據(jù)，記錄觀測內(nèi)漏量變化。

通過長時(shí)間巡檢觀測，2號(hào)、5號(hào)機(jī)組調(diào)速器健康狀態(tài)穩(wěn)定，未出現(xiàn)進(jìn)一步惡化趨勢，為徹底處理該問題，電站在檢修過程中，逐一完成2號(hào)、5號(hào)機(jī)組主配壓閥解體檢修。

通過解體檢修，主配壓閥活塞與襯套間隙及主配壓閥襯套與回油腔O型密封均正常，但在無水調(diào)試中，接力器漂移達(dá)標(biāo)但存在向關(guān)機(jī)方向移動(dòng)趨勢（2號(hào)機(jī)：0.2 mm/30 min；5號(hào)機(jī)：0.24 mm/30 min），根據(jù)DL/T 496-2016《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》中4.8.4.4內(nèi)容：“對(duì)于積分式手動(dòng)操作方式，釋放接力器鎖錠后，先用手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)將主接力器調(diào)整至任一位置，然后調(diào)整手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和主配壓閥的中間位置，使主接力器在手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)復(fù)中時(shí)穩(wěn)定于任意位置，同時(shí)主接力器30 min內(nèi)位置漂移不得超過±0.2%”[5]，電站調(diào)速器接力器活塞全行程為860 mm，調(diào)整后反復(fù)測定漂移速度小于1.72 mm/30 min則為合格可知，電站接力器漂移數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)，無需調(diào)整，但確實(shí)存在主閥活塞向下漂移，造成開機(jī)腔持續(xù)泄壓至回油箱，最終導(dǎo)致壓油泵啟停時(shí)間縮短的情況。

主配壓閥活塞向下漂移，主要原因?yàn)樽詮?fù)中結(jié)構(gòu)定值發(fā)生變化，需在檢修過程中，不斷通過試驗(yàn)，調(diào)整中位定值，最終達(dá)到無內(nèi)泄的理想目的，在檢修過程中，電站通過適宜性調(diào)整，最終完成中位定值復(fù)歸，壓油泵打油時(shí)間間隔延長至4 h，實(shí)現(xiàn)隱患排除。

5 結(jié)語

本案例借助遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)趨勢分析預(yù)警，通過大數(shù)據(jù)分析的辦法，提前發(fā)現(xiàn)2號(hào)、5號(hào)機(jī)組調(diào)速器壓油泵打油時(shí)間間隔縮短異常，進(jìn)而通過原理及結(jié)構(gòu)分析，鎖定機(jī)組壓油泵打油時(shí)間縮短的根本原因，最終在檢修過程中得以驗(yàn)證及解決，是遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)趨勢預(yù)警效果驗(yàn)證的一次良好實(shí)踐，不僅對(duì)水電站調(diào)速器壓油泵同類型故障診斷分析具有借鑒意義，同時(shí)對(duì)高自動(dòng)化智慧水電建設(shè)及應(yīng)用，提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。