浙江仙居抽水蓄能電站蠕動檢測裝置故障誤碰機械過速保護分析及處理

付 強，陸小康，嚴劍衛

（1.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江省臺州市 317300；2.蘇州市吳江區太浦河工程管理所，江蘇省蘇州市 215200）

0 引言

浙江仙居抽水蓄能電站安裝4臺375MW抽水蓄能機組，總裝機容量為1500MW，年平均發電量為25.125億kWh，年平均抽水電量為32.63億kWh。水泵水輪機為立軸、單級、混流可逆形式，額定水頭447.0m，額定轉速375r/min。蠕動檢測裝置作為保護機組各部軸瓦特別是防止推力瓦燒瓦的關鍵部件，仙居抽水蓄能電站蠕動檢測裝置型號為RDA-8mm（檢測蠕動信號精度為1.5°）。

蠕動檢測裝置投退工作原理[1]：機組停機后監控系統發投入命令，電磁空氣閥動作至交叉位，壓力氣源進入蠕動檢測裝置投入腔供氣管。在氣壓的作用下投切器動作，帶動凸輪摩擦盤與大軸接觸貼緊（有少許接觸壓力），同時送出蠕動投入信號（投入腔壓力開關動作），此時若大軸發生蠕動，凸輪摩擦盤在摩擦力的作用下偏轉動作，發出大軸蠕動報警信號并啟動高壓油頂起裝置[2]，見圖1。

機組啟動監控系統發退出命令，電磁空氣閥動作至平行位，蠕動檢測裝置接通排氣管。氣壓丟失，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤在彈簧的作用下退出（遠離大軸），同時壓力開關動作復歸送出蠕動投入復歸信號。蠕動檢測裝置投退工作原理見圖1。

基本參數：

型式：氣動機械凸輪摩擦盤接觸式；

氣源壓力：0.5～0.8MPa；

行程：8mm；

轉速：375r/min；

軸徑 ：1150mm 。

圖1 蠕動檢測裝置投退工作原理（單位：mm）Figure 1 Operating principle of creep detection device（unit：mm）

1 事件經過

2019 年某月某日，4號機組抽水運行期間，3號機組在抽水調相轉抽水過程時轉輪室回水排氣，排出的氣體通過DN500的全廠公用排氣總管排往廠內集水井。由于該總管與4臺機組蠕動檢測裝置排氣管路也相連，3號機轉輪室排氣經總管返氣進入4號機蠕動檢測裝置，導致其非正常投入，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤與旋轉的大軸接觸發生碰撞摩擦斷裂（見圖2），甩出后撞擊到附近的機械過速裝置[3]，過速保護誤動4號機機械跳機。

圖2 摩擦盤碰撞摩擦斷裂Figure 2 Friction disk collision friction fracture

2 現場檢查

在機組大軸發電方向蠕動時，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤由于靜摩擦順時針聯動，通過磁性感應位置開關送出蠕動報警信號（同時機組啟動高壓油頂起裝置）。蠕動檢測裝置結構見圖3。

磁鐵下部凸輪限位螺釘做限制和固定用，若機組抽水方向蠕動檢測裝置誤投入，凸輪摩擦盤由于限位螺釘的存在無法逆時針聯動，將與大軸產生動摩擦，極易導致凸輪摩擦盤前段磨損和相關固定螺釘的破壞。

拆解損壞蠕動檢測裝置（見圖4）時，發現行程桿上有較明顯劃痕和摩擦痕跡，說明蠕動檢測裝置投退過程存在卡澀；觀察凸輪摩擦盤前端磨損情況，分析由于蠕動檢測裝置在機組抽水態誤投或退出不到位，凸輪摩擦盤與大軸產生動摩擦形成明顯磨損，同時A處長期摩擦使凸輪摩擦盤固定螺釘和限位螺釘受到剪切疲勞損傷[4]甚至斷裂，凸輪摩擦盤偏轉至B處摩擦，摩擦力相應增大，是蠕動檢測裝置損壞的直接原因。

查看工業電視4號機組歷史視頻發現：

11時6 分2 號機組、11時20分4號機組以及11時35分3號機組抽水調相轉抽水轉輪室回水排氣階段，4號機組蠕動檢測裝置均會向大軸方向動作（監控出現4號機組蠕動檢測裝置投入信號），動作后蠕動檢測裝置返回速度慢且返回量偏小。

5月6 日晚，選擇3號機組停機時進行壓水排氣試驗[5]。回水排氣時，3號機組蠕動檢測裝置投入腔管路壓力為0.30～0.45MP之間，蠕動檢測裝置動作投入（壓力開關未動作，無蠕動檢測裝置投入信號），隨后蠕動檢測裝置緩慢退出，持續投入時間約15s。

查詢歷史簡報，發現2、3、4號機組夜間抽水均存在調相排氣返氣造成的蠕動檢測裝置投入信號，1號機組出現較少，分析與機組排水口距離相關（排氣總管出氣口位于集水井靠近1號機組側）。

綜上分析可以確定故障點：3號機組轉輪室排氣經總管返氣進入4號機組蠕動檢測裝置導致其非正常投入，蠕動檢測裝置凸輪摩擦盤與旋轉的大軸接觸發生碰撞摩擦斷裂，甩出后撞擊到附近的機械過速裝置，過速保護誤動跳機[6]。

圖3 蠕動檢測裝置結構Figure 3 Peristaltic detection device structure

圖4 拆解損壞蠕動檢測裝置Figure 4 Disassemble the damaged peristaltic detection device

3 問題分析及處理

3.1 問題分析

上述故障現象和原因暴露出該電站蠕動檢測裝置存在以下問題：

（1）蠕動檢測裝置選型設計不合理：蠕動檢測裝置采用機械接觸式，投入時凸輪與大軸直接接觸，容易磨損。

（2）管路設計不合理：蠕動檢測裝置排氣管路直接與全廠公用排氣總管連接在一起，未設置逆止閥，存在排氣總管返氣導致蠕動裝置誤投風險。

3.2 問題處理

（1）將4臺機組蠕動檢測裝置和管路拆除，分離全廠排氣總管與蠕動檢測裝置排氣管并封堵；

（2）采取調速器測速信號（1%轉速）作為其蠕動信號源。

4 優化改進

目前接觸式蠕動檢測裝置具有先天性安全隱患，同時當前電站調速器32齒齒盤測量精度不足，擬改造為非接觸式蠕動檢測裝置[7]。原理為利用接近式傳感器（1個或2個）靠近“齒盤”，通過監測波形的變化判斷蠕動的發生。

4.1 改造方案1（調速器實現方案）

更換現有齒盤：32齒→128齒，機械過速飛擺和配重塊安裝尺寸不變；更換新測速探頭[8]，見圖5。

軟件實現：在調速器電氣柜程序實現判斷蠕動的發生。

圖5 改造方案1（單位：mm）Figure 5 Transformation Plan 1（unit：mm）

特點：避免機械接觸式缺點，不增加額外的設備空間，整體改動少。

4.2 改造方案2

在水輪機軸上裝設一個全新極帶；極帶附近新增加兩個接近式傳感器；需要外裝T601二次儀表。

特點：功能相對獨立，避免機械接觸式缺點，需要增加轉動部件設備和控制柜。

4.3 改造方案3

在現有齒盤上表面間距排列黑白條紋（128個）；新增加兩個接近式傳感器；在恰當的控制柜面板上開孔裝設二次儀表（見圖6）。

特點：功能相對獨立，避免機械接觸式缺點，需要增加轉動部件設備和控制柜。

圖6 改造方案3Figure 6 Transformation Plan 3

通過對精度要求，設備復雜度、成本控制和安全性的比較分析，最終選擇方案1，在原有調速器測速系統基礎上開展優化改造。

5 結束語

造成仙居抽水蓄能電站蠕動檢測裝置磨損脫落的主要原因為選型不合理，接觸式蠕動檢測裝置存在先天性安全隱患，運行人員以及設備的安全無法得到保證。通過對蠕動檢測裝置的改造，由接觸式改為非接觸式結構，以及對控制流程的完善，有效解決了蠕動測速問題，保障了電站的安全穩定運行。