黃 銀，母 冬，王乙力

（1.華電貴州烏江水電開發(fā)有限公司構(gòu)皮灘發(fā)電廠，貴州 遵義 564408；2.華電貴州烏江水電開發(fā)有限公司烏江渡發(fā)電廠，貴州 遵義 563104）

0 引言

構(gòu)皮灘發(fā)電廠位于貴州烏江中游，共安裝有5 臺單機600 MW 的立軸混流式水輪發(fā)電機組，其水輪機調(diào)速器采用ALSTOM 公司生產(chǎn)的WB（L）DT-6.5-250 型調(diào)速器，該型調(diào)速器機械部分采用德國BOSH 公司比例閥伺服系統(tǒng)＋日本三洋公司步進式無油自復(fù)中伺服系統(tǒng)。調(diào)速器主配壓閥采用三閥盤等徑閥芯，配壓閥上腔為控制腔，下腔為恒壓腔，上腔受力面積為下腔受力面積的2 倍。當(dāng)上腔通壓力油時，主閥芯向下運動；當(dāng)上腔通排油時，主閥芯向上運動；當(dāng)上腔被封閉時，主閥芯穩(wěn)定不動。設(shè)備自2009 年投產(chǎn)以來已運行14 年，由于投產(chǎn)初期系統(tǒng)油質(zhì)較差，加之主活塞、上下輔接等運動部件的長期運行磨損，導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)內(nèi)漏嚴重，系統(tǒng)油溫逐漸上升，壓油裝置油泵長期連續(xù)運行、缺陷頻發(fā)。因此很有必要對調(diào)速器機械部分進行升級改造，從而解決上述缺陷隱患。

1 構(gòu)皮灘調(diào)速器液壓系統(tǒng)組成及工作原理

構(gòu)皮灘發(fā)電廠調(diào)速器機械液壓系統(tǒng)由雙精濾油器（301LP）、主配壓閥（301DV）、同服電機直線位移轉(zhuǎn)換器（301ET）、緊急停機電磁閥(303EV)、比例伺服閥（301PV）、手/自動切換閥（302EV）等元件組成。

液壓系統(tǒng)原理如圖1 所示，來自于供油裝置的主壓力油，分為兩路，一路為操作油，進入主配壓閥(301DV)的壓力腔和恒壓腔;一路經(jīng)過雙精油濾器(301LP)輸出控制用油。進入主配壓閥（301DV）活塞恒壓腔的壓力油，始終具有推動主活塞向關(guān)閉方向運動的力。經(jīng)過雙精濾油器(301LP)的潔凈油，一路依次經(jīng)過比例伺服閥（301PV）、手/自動切換閥（302EV）、緊急停機電磁閥（303EV、304EV）到主配壓閥(301DV)的控制腔。另一路經(jīng)過引導(dǎo)閥、手/自動切換閥（301EV）、緊急停機電磁閥（303EV、304EV）到主配壓閥（301DV）的控制腔。

圖1 調(diào)速器液壓原理圖

2 主配壓閥異常動作經(jīng)過

2023 年3 月，構(gòu)皮灘電廠按計劃開展5 號機組汛前檢修工作，主要涉及“機組調(diào)速器電氣部分改造”、“機組調(diào)速器內(nèi)漏過大缺陷處理”等重點技改項目。機組檢修完成后根據(jù)《5 號機組C 級檢修啟動試驗方案》要求，進行調(diào)速器系統(tǒng)動態(tài)特性試驗，此時調(diào)速器切換至B 套電手動控制模式運行，當(dāng)頻率給定從52 Hz~48 Hz 進行大擾動試驗時，機組活動導(dǎo)葉異常動作，開度瞬間（1.94 s）從13%迅速打開至90.96%，同時機械柜內(nèi)部發(fā)出劇烈的撞擊聲響，調(diào)速器系統(tǒng)管路出現(xiàn)劇烈振動，機組115%Ne過速保護動作停機，最高轉(zhuǎn)速上升至130%Ne。停機后為找到引起故障的原因消缺隱患，電廠相關(guān)專業(yè)人員對調(diào)速器機械管路、電氣回路、試驗步驟、調(diào)節(jié)參數(shù)等進行逐一檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

3 故障原因分析

（1）調(diào)取故障過程中的試驗數(shù)據(jù)錄波（圖2），并結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)反復(fù)對比分析發(fā)現(xiàn)如下異常點：①故障過程導(dǎo)葉開啟速度極快，達到41.24%/s，遠遠超過我廠“調(diào)保計算”整定的導(dǎo)葉開啟速度限制（5.26%/s）；②故障過程中，導(dǎo)葉開度超過了為保證擾動試驗安全而臨時設(shè)定的35%導(dǎo)葉開度限制，達到90.96%。為進一步查找故障原因，在機組引水壓力鋼管排水后，先后復(fù)核了電氣開限功能、接力器機械零位、開關(guān)機時間等參數(shù)，均未發(fā)生偏移與變化，調(diào)速器系統(tǒng)動作正常。

圖2 故障過程錄波數(shù)據(jù)

（2）經(jīng)對事件經(jīng)過及相關(guān)圖像、影音等資料進行綜合分析后，可能故障原因如下：

1） 調(diào)速器下輔助接力器閥芯卡阻或下輔助接力器閥芯磨損過大（圖3），從而造成主配快速動作下輔助接力器恒壓腔失壓。

圖3 調(diào)速器主配壓閥

分析：假若調(diào)速器下輔助接力器閥芯發(fā)生卡阻或閥芯因運行磨損較大，在造成恒壓腔失壓等情況后，因主活塞無法復(fù)中，機組接力器開機腔一直通系統(tǒng)壓力油，導(dǎo)葉持續(xù)迅速開啟，此時調(diào)速器主配壓閥喪失調(diào)節(jié)功能，這與故障后調(diào)速器能繼續(xù)正常動作并控制導(dǎo)葉開啟與關(guān)閉的實際情況明顯不符。后經(jīng)解體調(diào)速器主配壓閥后，檢查、測量下輔助接力器閥芯未發(fā)現(xiàn)有磨損、卡阻現(xiàn)象，該因素可排除。

2）主配壓閥主活塞與上輔助接力器發(fā)生分離，主活塞行程遠超設(shè)計允許行程。

分析：我廠調(diào)速器所采用的是ALSTOM 公司較早設(shè)計、生產(chǎn)的的T250 主配產(chǎn)品，該型調(diào)速器主活塞、下輔助接力器、上輔助接力器之間均采用面接觸結(jié)構(gòu)方式進行受力與位移的剛性傳遞[1]。主活塞向上動作為關(guān)機，向下動作為開機。關(guān)機時主活塞行程受關(guān)機限位螺母限制，極限行程受機械柜上端蓋機械限制且小于設(shè)計最大允許行程15 mm；正常開機時，下輔助接力器與主活塞隨動上輔助接力器，行程受開機螺母限制，而當(dāng)主活塞上腔產(chǎn)生異常背壓時，主活塞向下行程受下輔助接力器與下端蓋限制，其行程遠遠超過設(shè)計最大允許行程15 mm[2]。

結(jié)合本次調(diào)速器系統(tǒng)機械部分在改造前后設(shè)計、加工、裝配等方面的區(qū)別后發(fā)現(xiàn)，廠家為解決上端蓋內(nèi)漏較大問題，除了對上端蓋整體進行改造更換及部分排油管路的優(yōu)化外，還在主活塞上閥盤表面加工了8×Φ16 的排油通孔，用以將主活塞上腔的滲漏油排至開回油腔。但當(dāng)機組檢修后，在調(diào)速器進行上、下擾動試驗過程中，因?qū)~需反復(fù)的開啟與關(guān)閉，主配壓閥油口在壓力油和開回油狀態(tài)下快速反復(fù)切換，開回油腔產(chǎn)生較大的回油，回油管通徑（DN150）小于進油管管徑（DN200）,在主配壓閥開回油腔進口處將產(chǎn)生局部節(jié)流，導(dǎo)致回油不能快速排出從而產(chǎn)生較大的瞬時壓力，瞬時壓力通過主活塞上閥盤的排油孔進入主活塞上腔形成背壓，導(dǎo)致上輔助接力器快速向上運動至限位、主活塞與上輔助接力器脫離后異?？焖傧蛳逻\動，從而造成開機速率過快且短時無法復(fù)歸，最終導(dǎo)致了本次事件的發(fā)生。

（3）為驗證故障原因準確性，機組檢修狀態(tài)下反復(fù)多次開展導(dǎo)葉快關(guān)、快開動作試驗，在導(dǎo)葉正常關(guān)閉后立即進行導(dǎo)葉快開操作時，故障現(xiàn)象再次出現(xiàn)，機組活動導(dǎo)葉異?？扉_，調(diào)速器機械柜內(nèi)部產(chǎn)生劇烈撞擊聲響，系統(tǒng)油管發(fā)生劇烈振動。調(diào)速器上輔助接力器向開方向動作后，約1 s 后反向，迅速運動至上限位，導(dǎo)葉仍快速開啟持續(xù)約3 s，充分驗證主配壓閥主活塞和上輔助接力器出現(xiàn)分離并向相反方向運動，進一步確定在主活塞上腔產(chǎn)生了異常推力[3]。

4 故障危害

（1）設(shè)計缺陷的隱蔽性。因廠家生產(chǎn)制造車間條件限制，并不具備布置類似電廠現(xiàn)場管路、導(dǎo)水機構(gòu)等設(shè)備以及模擬調(diào)速器動態(tài)特性試驗的條件，從而無法全面有效模擬、驗證本次改造設(shè)計的合理性，因此該設(shè)計缺陷隱患未能在出廠驗收階段暴露。

（2）觸發(fā)條件的苛刻性。經(jīng)分析該缺陷隱患需同時具備以下兩個條件才能有效觸發(fā)：①調(diào)速器處于機組導(dǎo)葉大開度快速關(guān)閉后隨即快速打開工況（例如調(diào)速器空載擾動試驗或機組測頻回路故障等）；②調(diào)速器主配壓閥主活塞上閥盤表面作用力大于主活塞下閥盤（即主活塞上、下閥盤表面達到一定壓力差）。

（3）極端條件下調(diào)速器系統(tǒng)主配壓閥失控，并以遠超調(diào)保計算整定要求的開機速率將導(dǎo)葉迅速打開至大開度，存在如下重大安全隱患：①機組轉(zhuǎn)速在極短時間內(nèi)迅速過速115%Ne甚至143%Ne，機組事故停機流程啟動；②當(dāng)機組轉(zhuǎn)速極速上升過程中，轉(zhuǎn)動部件離心力急劇增加，其振動與擺度可能大幅超過允許值，機組轉(zhuǎn)動部分與靜止部分可能會發(fā)生碰撞、損壞；③機組過速會引起設(shè)備過電壓，從而導(dǎo)致設(shè)備絕緣水平降低，嚴重時絕緣被擊穿將造成事故。

5 故障處理過程

（1）為防止極端狀況下主活塞上腔產(chǎn)生背壓，結(jié)合現(xiàn)場主配壓閥的解體檢查結(jié)果（下輔助接力器柱塞檢查無劃痕與磨損，測量柱塞外徑與配合孔徑數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計要求），經(jīng)充分討論和驗證后決定對主活塞和上輔助接力器間的排油方式進行改進與調(diào)整，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取以下處理措施：

1）采用 M18×1.5 的堵頭，封堵主活塞上閥盤8個排油孔；

2）在調(diào)速器控制端蓋上重新開設(shè)Φ16 mm 規(guī)格的油孔，并通過獨立油管排至漏油箱；

3）在不影響調(diào)速器調(diào)節(jié)品質(zhì)的情況下，將電氣控制輸出進行一定的限制，減小沖擊。

（2）檢修人員嚴格按照裝配工藝對調(diào)速器主配壓閥及機械柜進行裝復(fù)，調(diào)速器系統(tǒng)經(jīng)恢復(fù)建壓后，在快速頻繁調(diào)節(jié)下，全過程、反復(fù)多次模擬，均未發(fā)生主配壓閥主活塞異常動作情況，主配壓閥內(nèi)部油流穩(wěn)定無異常聲響、系統(tǒng)管路無異常振動，調(diào)速器靜態(tài)、動態(tài)試驗結(jié)果滿足要求，調(diào)速器調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定、調(diào)節(jié)品質(zhì)優(yōu)良。

6 結(jié)語

調(diào)速器主配壓閥是電廠調(diào)速系統(tǒng)的主要控制設(shè)備，其運行故障直接危及發(fā)電機的主設(shè)備安全，該設(shè)備潛在隱患分析與故障排除是水電技術(shù)的重點內(nèi)容，本次設(shè)備異常動作的分析、論證與處理過程，對于國內(nèi)其他廠站機組同類型調(diào)速器的改造升級，提供了極具價值的經(jīng)驗借鑒。