掛治水電廠1號泄洪弧門故障診斷與處理

李 偉，葉江寧，盧建卿

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

0 引言

水電廠泄洪設備安全、可靠的運行，是保障大壩安全度汛的決定性因素，因此電廠每年汛前都會對泄洪設備進行定期檢修和維護。掛治電廠泄洪弧門投產于2007年，隨著弧門設備元器件的逐步老化，在年度例行檢修和調試過程中發生過一系列缺陷，導致弧門不能正常運行。

2012年，檢修人員在泄洪弧門的檢修調試過程中發現1號弧門在停止開啟或停止關閉的瞬間，門體會出現向左側傾斜的現象，導致弧門側水封擠壓變形嚴重；2014年發現1號弧門左、右油缸啟閉弧門時不同步，弧門啟閉過程中出現爬行現象，啟閉速度異常緩慢，2015年檢修時發現1號弧門啟閉機液壓系統振動噪音過大，啟門時有桿腔壓力下降，弧門不動作。由于泄洪系統對大壩安全至關重要，因此汛前迫切需要解決影響弧門正常運行的一系列故障。

本文針對掛治電廠1號泄洪弧門檢修調試過程中出現的液壓系統振動、噪音過大，門體傾斜，兩側油缸運行偏差大等故障，詳細介紹了其診斷和處理過程，可為水電廠同類型弧門及液壓系統的故障診斷分析提供參考。

1 設備概況

掛治電廠擋水建筑物洪水標準按50年一遇設計，設計洪水位323.52 m；500年一遇校核，校核洪水位326.46 m。泄水建筑物為5孔表孔溢流，單孔凈寬18 m，底寬35 m，堰型為WES型實用堰，每孔設有18.0 m×17.7 m的弧形工作閘門，弧門為液壓啟閉機控制（啟閉機液壓系統圖見圖1），啟閉機液壓系統由高壓柱塞泵組、液壓控制閥組、液壓缸、油箱總成和管路系統等組成，啟門工作時，由油泵電動機組提供高壓油，經過控制閥組進入油缸有桿腔執行開門動作；閉門工作時，油泵電動機組提供打開缸旁閥塊組液控單向閥（圖1中?）的控制油，閘門靠自重執行關門動作。缸旁閥塊組用來保證弧門鎖定在一定位置和防止高壓膠管破裂事故。

表1 啟閉機技術參數表

2 發現的故障及其診斷處理

2.1 弧門停止啟、閉門瞬間門體左傾故障

2.1.1 故障現象

弧門在任意位置停止后左岸側油缸活塞桿下滑，門體側水封擠壓嚴重。

圖1 1號泄洪孤門啟閉機系統液壓原理圖

2.1.2 分析與處理

掛治水電廠泄洪弧門閉門力為弧門自身重力，門體能夠在任意位置停止而不下滑，主要依靠缸旁閥塊組上的液控單向閥來實現。當液控單向閥控制油路無壓時，其僅具有單向閥的液壓鎖定作用，主油路不通致使油缸有桿腔被保壓，弧門便停在該位置。

（1）可能的原因

1）液控單向閥閥芯彈簧永久變形。一般的，液控單向閥閥芯在關閉位置時其彈簧處于壓縮狀態，若彈簧材質存在缺陷或壓縮量超過彈性極限，經過長時間壓縮會發生永久性變形，使彈簧在自由狀態下閥芯亦不能關閉，液壓鎖定性能變差。此時可對閥芯彈簧根部進行適當加墊，以抵消其多余變形量。

2）液控單向閥閥芯卡死。若油液污染嚴重，未能濾去的顆粒雜質較多，可能導致液控單向閥閥芯卡死在開啟位置，液控單向閥即失去液壓鎖定性能，需將閥體拆解清洗。

（2）處理過程

停止閉門操作的同時手動關閉液控單向閥，控制油路供油高壓球閥以切除液控單向閥控制油源，此故障依然存在，因此1號弧門停止啟、閉門瞬間門體左傾故障與控制油源無關。拆除左岸側油缸液控單向閥并對其進行解體清洗和加墊調整，裝復后進行調試，故障并未消除。又將左、右兩缸的液控單向閥進行互換，調試后發現閘門停止后變為向右傾斜，因此可確定為左岸側油缸液控單向閥液壓鎖錠性能差。遂聯系廠家設計人員到現場共同查看，檢查發現該閥內部閥芯為分體結構，動作反應時間偏長，長時間使用后其普遍存在開啟壓力值偏小的問題，為淘汰產品。廠家設計人員建議將單向閥更換為較先進的AGRLE-10型液控單向閥，該閥內部閥芯為整體結構形式，開啟壓力值對比原型號閥組也將增大一倍（增大后開啟值在設計范圍內），但因閥體安裝接口尺寸變化，需加工過渡閥塊（過渡板）連接液控單向閥和缸旁閥座。更換新型號液控單向閥后調試過程中弧門停門時未出現左傾現象，1號弧門停門時左傾故障消除，故障點確認為液控單向閥。

2.2 啟、閉門時同步故障

2.2.1 故障現象

無論右岸側油缸調速閥（圖1中?）處于何種開度值(開度值調節范圍0～10 m)，其動作速度總慢于左岸側油缸，致使左、右油缸嚴重不同步，啟門時弧門右岸側水封擠壓變形嚴重，閉門時弧門左岸側水封擠壓變形嚴重，若要保證正常糾偏，必須將左岸側油缸速度盡量減小（調速閥開度為“1”～“3”），但啟、閉門速度無法達到設計要求（2 min/m），門體出現爬行現象。

（1）啟門過程（手動操作弧門從全關到檢修位置）

1）按照現場調試實際情況，將調速閥開度值調整為右側油缸“8”，左側油缸“1.2”，啟門過程中，弧門開度0～2 m糾偏閥（圖1中?）無動作，左右速度正常。

2）弧門開度為2～5 m時，需將左側調速閥開度值調至“3”（右側調速閥開度值“8”）才能正常啟門，左側速度快，啟門時間為5 min/m，在弧門開度為5.8～6.8 m時，速度變慢，啟門時間7 min/m，弧門開度為6.8～8 m時，速度越發緩慢，時間超過15 min/m。

3）鑒于門體動作極其緩慢，將調速閥開度調整為右岸側油缸“8”、左岸側油缸“5”，弧門開度在8～10.5 m時，啟門速度為7 min/m。

4）弧門開度為10.5～11.5 m時左側油缸速度相對較快并超出糾偏閥糾偏能力，水封擠壓嚴重，保持右岸側油缸調速閥開度不變，將左岸側油缸調速閥開度調整為“4”，啟門時間7.5 min/m。

5）弧門開度為12～13 m時，啟門時間5.5 min/m；弧門開度為13～14 m時，啟門時間9.4 min/m。

6）弧門開度至15 m（全開位置）以后啟門至弧門檢修位置（左：16.676 m，右 16.641 m）。

（2）閉門過程（弧門從檢修位置到全關）

1）手動閉門至弧門開度15 m以下，之后進行自動閉門，15～13 m時左側油缸速度快，需將左側油缸調速閥開度值調至“1.2”，右岸側油缸調速閥開度值仍舊保持在“8”，手動調節左側有桿腔進油高壓球閥以加強糾偏方可閉門，閉門過程中左側有桿腔壓力為10.5 MPa，右側有桿腔為2.5 MPa，閉門壓力為0.4 MPa，系統壓力為7 MPa。

2）弧門開度13～6 m時仍需手動調節左側有桿腔進油高壓球閥來加強糾偏。

3）弧門在開度6 m以下無需手動糾偏輔助，弧門開度6～0 m，左側有桿腔壓力為10 MPa，右側有桿腔為2.4 MPa，閉門壓力為0.3 MPa，系統壓力為7 MPa。左側速度稍快，但可自動閉門。

2.2.2 分析與處理

雙缸啟、閉門同步功能，主要通過流量調速閥分別控制兩只油缸的進油量，如果兩只油缸在運行中產生了偏差，行程檢測裝置將發出偏差信號，糾偏閥相應的電磁鐵得、失電，把相對快速的油缸進油量泄掉一部分，從而控制動作速度，進行糾偏。根據糾偏原理可知，糾偏閥動作之后會對啟、閉門速度產生一定的影響。弧門兩側油缸動作不同步，會使門體傾斜，導致弧門與門槽發卡，嚴重時會損壞設備。

（1）可能的原因

1）液壓油油溫過高。液壓油油溫長期過高，會使油液變質產生膠質物質，粘在閥芯表面，引起閥芯移動困難甚至卡住不動；由于系統各電磁閥閥體孔與閥芯間隙很小，油溫升高后，閥芯膨脹卡入閥孔內，也會導致卡死。

2）液壓油存在雜質。電磁閥屬于精密部件，其閥芯與閥孔配合間隙很小，液壓油中的顆粒雜質極易卡死電磁閥閥芯造成電磁閥失效。

3）拉線傳感器故障。油缸位移信號依靠拉線傳感器來產生，而位移信號是糾偏閥動作的重要依據，若拉線傳感器不能反映活塞桿實際位移，勢必導致弧門非正常糾偏，左、右油缸不能同步。

4）糾偏閥故障。糾偏閥在調整弧門左、右油缸同步運行過程中處于主導地位，由于其存在故障會直接導致啟、閉門時同步故障。

5）調速閥調整機構脫扣。調速閥的截流作用是影響油缸動作速度的關鍵因素，調速閥調整機構脫扣，會使其截流量無法調節，實際開度與表盤顯示刻度不符，若此時該閥實際開度處于較小位置，則該閥對應油缸動作始終緩慢，單個油缸無法滿足弧門設計速度的要求，若正常啟閉門，必須強制拖緩另一側油缸運行速度（如將調速閥開度調小），以適應糾偏閥的糾偏能力。此時需對調速閥進行處理或更換調速閥。

6）油管存在漏點或油路不暢。油管有漏點會使油壓明顯降低，油路不通暢也會產生截流作用，使對應油缸運行速度緩慢且無法調節，拖慢另一側油缸并產生同步故障。造成油路不暢的原因有管路異物堵塞、油管變形、閥門未全開等，需逐一排查。

（2）處理過程

1號弧門液壓啟閉機使用46號抗磨液壓油，按要求實行每半年過濾一次（過濾精度≤25 μm），每2～3年更換一次。對回油箱內抗磨液壓油進行抽樣化驗，油質合格。

調試過程中監視油溫變化，弧門從全關到全開油溫最高升至52℃（油溫過高報警為60℃），則油溫未出現異常過高現象。

操作自動啟門，當左、右側油缸不同步時觀察控制柜內左側油缸糾偏信號燈點亮（左快右慢），糾偏信號偵測正常。關閉左、右油缸有桿腔供油管高壓球閥及液控單向閥控制油路高壓球閥，手動啟泵后操作啟門，觀察系統油壓壓力表讀數與左、右油缸油壓讀數（啟閉機控制柜顯示屏上）相同，手動操作糾偏閥左糾偏，觀察發現系統壓力、左/右側油缸壓力讀數略有降低（3 MPa左右），同時左油缸壓力低于右油缸，確認糾偏閥左糾偏已動作，手動右糾偏與之相反。以上過程可判斷糾偏閥工作正常。

分析調試結論可知，弧門動作時直觀的現象為左岸側油缸速度過快，為檢驗調速閥性能，將左、右調速閥互換位置，調試結果顯示故障情況無改善，將兩塊調速閥整流板（圖1中?）互換后再次調試，結果亦然，因此排除調速閥處故障。

經分析右岸側油缸動作緩慢根本原因為供油流量過小。檢修人員在機房內觀察到閉門時右油缸有桿腔壓力僅為2.5 MPa（左油缸有桿腔為10 MPa左右），懷疑是油路有異物堵塞或油管存在漏點，導致壓力損失，致使機房內壓力測點處壓力過低。

在弧門開啟過程中，對右岸側油缸各管路及油缸旁閥塊組進行檢查，確認無泄漏點存在。考慮到缸旁閥座與液控單向閥之間的連接過渡板為后期加工部件，其內部控制油孔加工較深且孔徑小，如若加工不到位容易出現油路故障，遂拆除該過渡板，對其內部進行檢查，發現由于加工原因（圖2中Q點位置）導致其內部油路不暢。控制油不能使右岸側液控單向閥完全打開從而阻礙右側有桿腔正常供油。更換過渡板后進行調試將左、右油缸調速閥開度分別為“4”、“7”，記錄啟門速度為2 min/m 且弧門動作全行程可實現無發卡；通過調節插裝閥（圖1中?、?）開度調節螺栓將閉門速度調至2 min/m，閉門時左岸側油缸有桿腔壓力為10 MPa，右岸側油缸有桿腔壓力為9.8 MPa，閉門動作正常，1號弧門同步故障消除。

圖2 液控單向閥過渡板加工

綜上所述，1號弧門啟、閉時，左、右油缸動作不同步的原因為右岸側油缸缸旁閥塊組過渡板加工缺陷使液控單向閥控制油路阻塞，右岸側液控單向閥未完全打開導致主油路過流量減小、油缸動作緩慢，左、右油缸速度偏差較大且超出糾偏閥糾偏能力，并引起弧門整體動作緩慢、爬行等現象。

2.3 液壓系統振動噪音過大

2.3.1 故障現象

油泵加載后系統振動劇烈，油泵噪音過大。

2.3.2 分析與處理

（1）可能的原因

1）油泵未延時加載、延時關閉。油泵啟動時在沒有充分潤滑、沒有形成油膜的情況下便立即加載，會造成油泵配油盤、柱塞滑履、斜盤磨損嚴重，伴隨的現象便是油泵振動和噪音過大。應按照液壓啟閉機安裝、使用和維護說明書中的要求，修改油泵啟動PLC程序。

2）回油濾芯堵塞。油壓升高后，回油油路堵塞會引起油管共振，系統振動加劇并引起噪音過大。清洗濾芯或更換備品可解決此問題。

3）卸荷啟動電磁閥卡死。根據系統液壓原理圖（圖1），若卸荷啟動電磁閥（圖1中33.3）在油泵加載后閥芯未完全復歸，壓力油會經過卸荷電磁閥中的微小間隙流入回油箱并引起強烈共振。針對此情況，需將卸荷啟動電磁閥拆解清洗或更換新閥以排除故障。

（2）處理過程

1號弧門自動啟、閉門時發現油泵卸荷啟動與加載的時間間隔太短（5 s），設計值為8 s，弧門停止動作時油泵也一并失電無延時致使油泵頻繁受到沖擊。修改PLC程序，使卸荷啟動與油泵加載的時間間隔延長至8 s，停止啟、閉門后油泵延時8 s關閉，液壓系統振動及異響有明顯改善。將回油過濾器濾芯拆除后，自動啟、閉弧門，液壓系統異常的震動及噪音消失，更換新的回油過濾器濾芯，自動啟、閉弧門液壓系統恢復正常。

由此可知，液壓系統震動噪音過大的主要原因為回油過濾器濾芯堵塞。

2.4 弧門無法動作

2.4.1 故障現象

操作啟門按鈕后弧門無法動作。

2.4.2 分析與處理

開啟弧門需依靠液壓站提供壓力油源；弧門關閉則借助液壓站壓力油將左、右側油缸液控單向閥打開，有桿腔接通無桿腔，弧門靠自重實現關閉。

（1）可能的原因

1）卸荷啟動電磁閥卡死。油泵采用卸荷啟動方式，啟動時卸荷電磁閥打開，將油泵出口接通回油，油泵工況滿足工作條件后卸荷電磁閥復歸實現加載。若卸荷電磁閥卡死后不能復歸，會使油泵持續泄壓，系統壓力不滿足啟、閉門條件，弧門無法動作。需對閥體進行拆解清洗，必要時更換新閥。

2）電磁換向閥未動作。根據系統液壓原理圖（圖1），弧門開啟時，電磁換向閥?YV6得電使插裝閥?上腔控制油路接通回油后主閥打開，同時電磁閥YV1得電，使油泵開始對油缸有桿腔進行打油系統建壓；弧門關閉時，電磁換向閥?YV5得電使插裝閥?上腔控制油路接通回油后主閥打開，同時電磁閥YV2得電使控制油路建壓，打開液控單向閥，閘門自重作用下，有桿腔油回到無桿腔。電磁換向閥不動作會直接引起弧門無法啟、閉。

3）溢流閥卡死。為避免系統油壓過高對設備造成的損害，啟、閉門油路中都設置有溢流閥，當油壓超過其整定值時溢流閥打開，壓力油經溢流閥泄入回油箱。若因門體卡頓使系統短時超壓，則溢流閥動作泄壓，系統壓力被迅速降低，而溢流閥卡死后不能復歸會導致系統壓力持續不足，使弧門動作過慢甚至無法動作。

（2）處理過程

操作自動啟門，油泵加載后觀察弧門啟閉機控制柜內YV6、YV1動作指示燈均已點亮，實際檢查電磁換向閥均已動作，排除電磁換向閥故障的可能。通過壓力表觀察系統啟門壓力僅為4.3 MPa（設計值為18 MPa），此現象與溢流閥開啟泄壓時一致，遂拆卸系統啟門溢流閥，解體清洗并裝復，調試后發現故障已消除。

由此可知，操作啟門按鈕后弧門無法動作故障系啟門過程中門體卡阻導致系統超壓，溢流閥動作后卡死不能復歸，系統油壓過低造成。

3 結語

本文總結了掛治電廠1號弧門歷次故障診斷處理的過程，通過現場調試結果來分析和驗證，成功解決了弧門停止動作時左缸下沉致門體左傾、油缸運行不同步、系統振動及噪音過大、弧門無法動作等一系列故障，通過原理分析列舉了多種可能引起故障的原因，逐層排查，將非故障點一一排除以達到縮小診斷范圍的目的。泄洪弧門液壓啟閉機系統結構復雜，引起弧門無法正常運行的原因也難以排查，正確掌握弧門故障診斷的思路和方法可有效提高消缺效率，避免汛期因弧門無法正常運行而對大壩或廠房安全造成威脅。

參考文獻：

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[2] 掛治水力發電廠. 掛治電廠泄洪弧門液壓啟閉機檢修規程[Z], 2013.

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[5] 國家質量監督檢驗檢疫總局,國家標準化管理委員會.GB/T14627-2011液壓式啟閉機[S], 2011.