降低主進水閥工作密封投退異常次數淺析

馬依文，亓祥飛，高建偉

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

華東桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內，電站接入華東電網。電站裝設了4臺300 MW的可逆式水泵水輪機，總裝機容量1 200 MW，年平均發電量21億kW·h，年抽水電量28億kW·h。機組主要有發電、發電調相、抽水、抽水調相等4種運行工況，在華東電網區域擔任調峰、填谷、調頻、調相和緊急事故備用等任務。

桐柏抽水蓄能電站4臺主進水閥由VATECH HYDRO公司制造，依據抽水蓄能電站必要性，電網要求日均主進水閥動作次數約為20次，主進水閥動作的同時伴隨著工作密封的投退（主進水閥開啟時工作密封退出，主進水閥關閉時工作密封投入），在啟停過程中要求工作密封開啟關閉需穩定、可靠、迅速，需具備良好的密封效果及一定操作次數時的穩定性。因此工作密封投退位置反饋正確、可靠，是保證機組安全穩定運行不可或缺的重要部分。

2 主進水閥工作密封投退異常的原因分析

2.1 現狀調查

對主進水閥工作密封投退運行情況進行調查，統計了2017年1月至12月工作密封投退異常頻數，如表1所示。

通過表1可以看出，月平均發生位置反饋不正確導致的運行故障次數為19/12=1.58次/月，位置反饋不正確導致工作密封投退異常的頻數占76%，是造成工作密封投退異常的主要癥結，因此針對工作密封位置反饋不正確作進一步分析調查。

2.2 原因分析及檢查

針對工作密封位置反饋不正確，分析其主要原因有以下5種。

（1）行程偏離標準值

現場對各機組工作密封位置指示行程距離進行測量檢查，測量結果如表2所示。

表2 機組工作密封行程距離測量

由表2計算可知：1號機組工作密封位置指示偏差為3.4%，2號機組偏差2.7%，3號機組偏差0.86%，4號機組偏差1.7%。4臺機組均未超出5%的偏差標準，滿足生產規定的要求，基本排除由于行程偏離標準值導致位置反饋不正確的可能。

（2）元件動作過程中機械卡澀

圖1 主進水閥工作密封全關位置閥心與閥體間隙測量圖

現場檢查圖1所示工作密封各測點間隙，檢查測得各測點間隙均為0，工作密封漏水量為0。現場進行多次工作密封投退試驗無異常，機械機構動作無停頓，由此證明機械結構無卡澀，滿足設計要求。

（3）行程開關質量不合格

現場進行多次測量機械式行程開關動作情況及內部接點電阻值，選取其中8組測量數據繪制行程開關內部接點電阻值對照圖，如圖2所示。

圖2 投入、退出行程開關內部接點電阻值對照圖

通過測量電阻值可知，各機組在多次動作試驗過程中較小概率發生行程開關動作不到位的情況，同時維護人員每月均結合定檢及檢修工作對4臺機進行維護檢查，并記錄工作密封投退位置開關指示正常、外觀正常、固定良好、電纜接頭無破損且無松動、探測頭與感應鐵片間隙合理等狀態，若行程開關內部接點電阻值偶發阻值越限，維護人員將進行及時更換、檢測，因此基本排除由于行程開關質量不合格導致位置反饋不正確的可能。

（4）行程開關選型不當

根據表3機械式行程開關參數及現場試驗動作情況可知，機械式行程開關執行頭角度范圍有限，造成動作死區較大。

表3 機械式行程開關參數表

由于機組振動或安裝螺絲松動影響，導致行程開關位置有所偏移，造成動作接點壓得過緊，復歸時接點未完全脫開，需及時進行位置調整；行程開關頻繁動作復歸，其開關動觸片經常疲勞斷裂，導致行程開關不動作或動作不準確，維護換件不便，影響機組正常運行。

因此主進水閥工作密封投退采用機械式行程開關，動作死區大、精度不高、故障率高，容易造成誤動和拒動，從而導致工作密封位置反饋不正確。

（5）行程開關安裝位置易偏移

圖3 機械式行程開關安裝位置圖

根據圖3所示，球閥工作密封投退動作為橫向移動，行程為7 mm。工作密封圈本體動作時帶動圖中機械指示連桿，固定于連桿上的金屬塊在橫向移動過程中逐漸壓緊位置反饋開關，當動作幅度達到機械行程開關動作距離時，行程開關接點接通，上位機收到工作密封位置反饋信號。

當前工作密封投退動作時，金屬塊隨著連桿橫向移動，行程為7 mm。金屬塊的斜面角度為40°，工作密封橫向行程通過金屬塊斜面傳動至位置反饋開關的縱向行程為5.8 mm。再加上位置反饋開關執行頭動作角度的影響，實際作用于開關接點的行程將小于執行頭動作距離與復歸距離的差值。

而位置反饋開關為縱向安裝，經過中間各環節的傳動后，實際作用于位置反饋開關的行程小于7 mm，也處于位置反饋開關動作與復歸之間的臨界距離，極容易導致位置反饋指示異常。

3 處理過程

3.1 處理對策及措施

針對以上分析的2點主要原因，即：行程開關選型不當、行程開關安裝位置易偏移，如表4所示采取相關處理對策及措施，以降低主進水閥工作密封投退異常次數。

表4 處理對策及措施

（1）更換行程開關指示裝置位置：將行程開關安裝位置由接收縱向傳動行程，改為接收橫向傳動行程。使其不再受金屬塊斜面傳動的影響，實際作用于行程開關的投退行程由原來的5.8 mm左右變為7 mm。一方面提高了投退行程距離，誤差范圍在±5%以內，另一方面也提高了投退行程的穩定性，從而將提高行程開關的動作穩定性。

（2）更換行程開關型號：采用接近式行程開關代替機械式行程開關，由表5接近式行程開關參數表可以看出，對比機械式行程開關，接近式行程開關為非接觸檢測，不會產生機械磨損與疲勞損傷，工作壽命長，測量反饋響應快，一般響應時間可達幾毫秒或幾十毫秒，具有及時性，接近式行程開關為全密封結構，防護等級可達IP67，具有良好的防潮、防塵性能，重復定位精度低，且抗振能力較機械式行程開關要強，提高了工作的準確性與可靠性。

表5 接近式行程開關參數表

（3）優化感應機構擋片形狀：如圖4所示，在主進水閥工作密封本體機械指示裝置機構M處加裝矩形感應機構金屬擋片（2片），圓形擋片尺寸為：R：200 mm，厚度：1 mm。

圖4 圓形感應擋片安裝圖

通過工程師站在線測試強制發令主進水閥工作密封投退，結果顯示工作密封實際動作情況均正確，工作密封指示反饋信號上送均正常。且圓形金屬擋片不受振動影響出現偏移，接近式行程開關的探頭感應準確率高，進一步提高了投退反饋的正確性與穩定性。

3.2 處理后實施效果

為檢查問題處理后實施效果，對2018年1月至12月期間機組啟停機運行情況進行了統計，如表6所示。

表6 處理前后工作密封投退異常原因對照表

結果表明，措施實施后未發生因主進水閥工作密封投退異常導致機組開停機不成功事件，工作密封投退信號月均異常次數由2.08次/月降低至0.33次/月，大大降低了工作密封投退異常次數，提高了機組啟停成功率，保證機組能隨調隨啟，為華東電網的安全穩定運行提供保障。

4 結論

抽水蓄能電站機組在啟停過程中要求工作密封開啟關閉需具備良好的準確性及穩定性，因此工作密封投退位置反饋的正確、可靠性是機組安全、穩定運行的保證。

本文采用接近式行程開關，使得反饋裝置具有良好的防潮、防塵性能，反饋測量具有及時性，重復定位精度低，且抗振能力較機械式行程開關要強，自主優化感應擋片形狀，提高了工作的準確性與可靠性，減少了運維人員日常維護工作量，降低了機組啟停過程中易產生的位置反饋不準確的風險，進一步為機組安全穩定運行提供了保障。