抽水蓄能電站關鍵自動化元件分析

陳 新

（江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽213334）

1 引言

溧陽電站共6臺單機容量為250WM的機組，從基建期至今，廣泛應用于電站機組過程控制、運行監視及故障告警中的機組自動化元件，由于外圍環境差、產品選型不合適、產品設計缺陷、安裝維護工藝不規范、檢修校驗質量不合格等因素，自動化元件在長期運行過程中，出現拒動、誤動、定值漂移、易損等問題，一直影響著機組啟停成功率，為提高機組運行可靠性，需要抓重點、分級別、保質量地管理廠內自動化元件。

結合歷史開停機失敗記錄、監控順控流程，分析自動化元件故障致開停機失敗的原因，歸納總結出影響機組啟停的關鍵自動化元件，完善全廠自動化元件臺賬，按照技術規范對關鍵自動化元件進行重點分析和管控，便于有的放矢地維護、檢修、校驗，同時，結合參數定值整定及自動化系統設備改造等措施，提高設備可靠性。

2 關鍵自動化元件的問題簡述

2.1 壓力開關

調速器和球閥壓力油罐的雅斯科壓力開關，在長期運行、檢修校驗安裝完后，上位機出現壓力過高、過低報警誤報，致使機組無法恢復至停機穩態；啟機過程中，監控發令置水輪機工況時（發電工況為ON，水泵工況為OFF），電磁閥動作正常，但工況轉換反饋用的雅斯科壓力開關異常，導致機組啟機流程失敗。

2.2 大軸蠕動裝置

目前廠內使用的大軸蠕動檢測裝置由于產品質量欠佳導致缺陷頻發，2018年全年蠕動檢測裝置共計發生8次缺陷。蠕動裝置缺陷大致可以分為3種情況：①因磁性行程開關磁鐵脫落導致裝置投退信號異常；②因投退腔內部卡澀導致裝置投退異常；③因運動機構變形導致蠕動信號異常。當裝置發生第1、2種情況時直接影響機組啟機流程，為I類缺陷。

2.3 水頭傳感器

機組在運行過程中，調速器系統出現水頭測量值突變，超出量程，造成調速器故障報警，現場更換調速器電氣柜內模擬量隔離器后，測值恢復正常；機組空載態轉并網發電時，調速器電氣柜水頭測值與實際水頭差值相差較大，導葉在高水頭對應的空載開限作用下，轉速達不到額定值，現地將傳感器排氣后，測值接近實際值，更換傳感器后，測值恢復正常；部分機組在更換水頭傳感器無效后，將空載開限值提高1%的開度后，成功并網發電。

2.4 主配位置傳感器

機組空載態導葉開度異常且無法穩定，停機后重新標定，導葉給定和反饋仍存在一定偏差，檢查為主配平衡補償值發生變化，現場重新做試驗后，將此值由-0.1調整為0.5后，導葉開關試驗正常。機組停機穩態時，調速器電氣柜偶報主配超量程報警，導致大故障，且故障無法直接從電調柜復歸，將電調柜控制回路斷電重啟后，主配超量程報警未復歸，現地檢查主配傳感器接線及固定螺栓，緊固無異常，重新標定主備用主配行程，信號復歸。

2.5 調速器液壓隔離閥

機組啟停過程中，調速器油罐液壓隔離閥的開啟關閉，會影響機組啟停流程，現地檢查隔離閥實際確已動作，但位置開關接點動作不正常，檢查為位置開關緊固螺絲松動。機組停機過程中，流程走到“關閉調速器主軸隔離閥”，此時壓力油罐壓力低，調速器油泵啟動補壓，調速器液壓隔離閥打開。補壓完成后機組流程已走到停機成功，液壓隔離閥已不具備關閉條件，導致機組不在穩態。修改PLC程序，當關隔離閥令下發后，立即關隔離閥停泵，優先于壓力判斷流程，目前6臺機組已全部修改完畢，運行正常。

2.6 導葉位移傳感器

6號機組滑環磁鐵接頭斷裂，機組過速保護裝置動作，后更換備件緊固螺栓，重新標定導葉。針對此缺陷隱患，聯系生產廠家修改UPC冗余切換邏輯未果，現已改造6臺機導葉反饋裝置支架，延長拉伸桿的距離，調整支架長度重新焊接。其中1臺機組在C修后由于延長桿跟球頭連接使用了過期的螺紋鎖固膠，致延長桿脫落，機組過速保護動作，現使用合格螺紋鎖固膠固定拉桿兩端及球頭螺紋，同時使用金屬速干膠封住連接部分。

2.7 轉速測量裝置

6號機組發電工況啟動過程中，接力器主用位移傳感器滑環接頭斷裂，導葉開度主用信號丟失（備用接力器位移傳感器反饋正常），導致機組轉速升至140%額定轉速（時間大約為15s），機械過速保護裝置動作，機組事故停機。ZKZ-5轉速裝置J12繼電器（定義電氣二級過速，設定值128%Ne）未開出信號至監控。

2.8 調速器工況轉換電磁閥、球閥工作密封電磁閥/配壓閥等

調速器及球閥系統的液壓閥組的運行直接影響機組的啟停和負荷調節，調速器工況轉換閥的置換失敗、調速器事故配壓閥退出時間長、球閥工作密封退出失敗、球閥控制配壓閥卡澀拒動等問題，都會造成機組啟機和停機失敗，一方面大型的配壓閥組多為國產產品，其裝配及現場安裝工藝的因素會導致閥組運行的異常，另一方面一些控制類的電磁閥及配壓閥，其加工精度高，閥芯腔體內間隙小，對油質要求高，工作中易出現卡澀拒動現象，同時現場油混水也會侵蝕閥組，使油乳化變質，均會造成閥組卡澀拒動或者內漏等現象。

3 關鍵自動化元件的原理分析和可靠性提升

3.1 壓力開關

由于現有雅斯科B420B壓力開關是機械式開關，在原有基礎上已更換為帶鎖扣的壓力開關，但仍出現定值漂移的現象。且在校驗時發現，長期使用后其部分產品動作值與反饋值相差過大，為不合格品，需更換備件。同時壓力開關在整定定值時，其動作值與旋轉螺母的位置無線性關系，不便于定值整定。現擬選用其他品牌和型號的帶開關量輸出的壓力變送器。

3.2 大軸蠕動裝置

由于該裝置材質強度不足，行程開關磁鐵固定處螺紋出現滑絲，導致部分機組上出現磁鐵脫落現象；可使用金屬粘合劑將磁鐵粘合固定作為臨時應對手段。為防止氣源中雜質進入裝置內部，可在裝置進氣管路處增加一空氣過濾器。運動機構長時間頂壓大軸后發生變形，此缺陷無法通過后期技術手段修復，現擬調研其他廠家，更換其他品牌及型號的大軸蠕動檢測裝置。

3.3 水頭傳感器

調速器電氣柜內使用模擬量隔離器為菲尼克斯的MCR-FL-C-UI-2UI-DCI和MCR-2CLP-1/1-00型號，該型號產品的接頭是需要接在自帶的轉接頭上的，可直接插拔使用，在長期運行時偶爾會出現插頭松動，導致信號突變的問題，現擬改用MINI MCR-2-UNI-UI-2UI和MACX MCR-SL-2I-2IILP型號的模擬量隔離器，其功能與原產品一致，但接頭為線端直接壓接緊固的形式。現場使用的水頭傳感器為Sailsors的V6系列（量程為0～5MPa）差壓變送器，差壓變送器取源自蝸殼進口2處和尾水管出口4處，各取源口位置不同會造成壓力不一致引起的測值波動，取源管拐角多且距離長，存在一定水利損耗，這些因素是不可避免的。尾水管出口取源端一直是帶壓的，但蝸殼進口取源端由于球閥在停機態時關閉，故蝸殼進口取源端無水壓，會有空氣進入管道，長時間運行會影響測值。目前已改用V10系列的產品，其測量精度更高，測值更加準確，定期還會對水頭傳感器進行排氣處理，檢修時拆卸進行管路沖洗。

3.4 主配位置傳感器

現場使用的是Telemecanique的型號為XS4 P18AB120的接近開關，傳感器固定在主配行程斜板上，主配上下移動時探頭與斜板位置發生變化，傳感器模擬量隨之變化，若主配中間位或者探頭的前后位置、擋板的位置發生變化，都會造成主配電氣補償值不滿足當前狀態，從而導致導葉調節異常及給定與反饋存在偏差。每次檢修完之后，需要進行主配行程標定時，需在開度到位后立即進行標定，而不等到油壓裝置補至6.3MPa后再標定，否則會造成高壓力下的行程被標定為臨界值，因為正常停機時調速器系統壓力值一般會低于6.3MPa，且停機狀態下低于6.0MPa時不會自動補壓，故需在行程到位后立即標定。

3.5 調速器液壓隔離閥

隔離閥位置開關的動作是隨隔離閥閥芯來回動作完成的，開關動作時震動較大，且原廠僅由兩個螺絲兩面固定，易松動脫落，現改造為增加彈簧墊片、墊圈，以及增加為雙螺帽緊固，避免隔離閥開關時震動引起開關緊固螺絲松動，長期觀察，未再發生位置開關接點動作不正常現象。調速器壓力油罐壓力低于6.0MPa后，油泵啟動打壓，正常情況下，壓力至6.3MPa后停泵，現已修改6臺機PLC程序，當收到關隔離閥命令后，油泵立即停止運行并卸載，再關閉隔離閥，不再打壓至6.3MPa壓力后停泵。

3.6 導葉位移傳感器

溧陽電站采用MTS的RPS系列的導葉位移傳感器，傳感器將接力器行程（即導葉開度）反饋至調速器UPC中。導葉位移傳感器的滑環拉桿部分，與接力器活塞桿上的固定支架孔高度不一致，導致傳感器滑環接頭長期受力，存在接頭斷裂的風險，影響機組安全、可靠運行，現延長滑環磁鐵接頭長度，增加可活動接頭，擴大延長桿的可活動范圍，避免接頭受力，同時調整固定支架高度，確保擋板和接頭在同一水平面上。現計劃修改調速器UPC導葉給定和反饋偏差報警的延時（35s），同時增加開度信號。

3.7 轉速測量裝置

ZKZ-5轉速裝置的電氣二級過速為128%Ne，在監控流程設定為事故啟動源，但此次機組過速，該接點未及時動作，導致機組升速至140%額定轉速。因為過速信號繼電器（設定值128%Ne）必須檢測到頻率信號在中心頻率，并有3s左右延時，當轉速達到設定值，繼電器才會動作開出信號。現修改為115%Ne和128%Ne的報警開出信號，需要機組轉速正常上升，經過（90%～95%）Ne的升速信號后，再上升至一級、二級報警后才報警開出。

3.8 調速器工況轉換電磁閥、球閥工作密封電磁閥/配壓閥等

現場使用的液壓電磁閥均為力士樂品牌的產品，其動作可靠性高，但對油質要求較高，由于閥芯內壁與閥芯間隙小，可防止閥組內漏、動作時油路串腔，但油質內含雜質時會刮傷內壁產生刮痕與毛刺等情況，形成卡澀拒動、誤動現象，降低閥組可靠性。安裝油箱的在線濾油裝置，定期使用真空濾油機過濾油庫的油，提高油品質量，定期取樣化驗透平油質，隨檢修拆卸檢查閥芯，清理管路內雜質與油泥。

4 結論

自動化元件及裝置主要用于機組開機、運行、停機、備用、事故停機及事故報警，涉及機組設備溫度、轉速、液位、物位、壓力、液體等變量的顯示、測量、控制等，元件數量龐大且所涉及的專業面較廣，需要依照關鍵性和可靠性進行重點管理，嚴把備件產品本身的質量，把控元件現場安裝的工藝要求，改善元件運行的環境，根據元件分級臺賬，定期對元件進行檢查和校驗，根據元件使用時間及壽命，定期隨機組檢修進行元件更換。針對部分安裝和校驗工藝復雜的自動化元件，還需繼續完善安裝校驗工藝卡，規范校驗流程，編寫相應的試驗步驟及方案，確保投運的設備正常使用，其參數及設置符合現場實際情況和定值標準，同時，加強校驗和安裝、試驗人員的學習培訓，確保工藝流程及標準能完整地實施，提升自動化元件的運行可靠性，提高機組啟停成功率。