壓油裝置油泵電機過載啟動原因分析與處理

覃祚權，黃 銀，游太穩

（貴州烏江水電開發有限公司構皮灘發電廠，貴州 遵義564408）

0 引言

調速器系統是水電廠重要的水力機械輔助設備，是水輪發電機組啟動、停止、調節出力的動力源，事故情況下，通過其事故回路，動作導水機構，從而實現快速停機。為保障設備安全運行，需要靠壓油泵快速供油，使調速器系統壓力恢復到設計值范圍內。因此為了快速恢復調速器系統壓力，將選用功率較大的壓油泵和電機，當油泵電機全壓啟動時啟動電流就會過大，勢必會對廠用電系統造成更大的沖擊。該廠壓油裝置壓油泵啟動回路采用軟啟動器，該軟啟動器使用調壓裝置在規定的啟動時間內，自動地將啟動電壓連續、平滑地上升到額定電壓，此時電機的轉矩就會平滑地增大，一直到轉矩為最大值1N·m時為止，啟動過程結束。這樣就會減小啟動電流沖擊，使電機轉速逐漸上升，避免沖擊廠用電系統引起跳閘。

1 系統簡介

構皮灘水電廠壓油裝置有兩套相同的電機泵組和一套增壓泵組，當機組在運行工況時，一套油泵做間斷運行，另一套作為備用，兩套主油泵互為備用。一套增壓泵作間斷運行，主油泵根據壓油罐內的壓力變化啟動或停止，壓油裝置由空氣罐、壓油罐、壓油泵、組合閥（安全閥、卸載閥及單向閥）、壓油泵出口閥和系統管路組成（如圖1）。在壓油泵控制回路中采用型號為Altistart 48軟啟動器進行控制。

圖1 壓油裝置示意圖

2 故障現象及原因分析

2019年12月，在2號機組壓油裝置檢修完成后的恢復建壓過程中，當壓油罐油位為2/3額定油位，空氣罐壓力為5.0MPa時，手動啟動1號壓油泵后發生因油泵電機過載，導致的機組自用電Ⅰ段壓油裝置開關過流保護動作跳開故障。油泵過載現象是由于電動機電流過大引起泵體的軸功率大于額定功率所致。在軟啟動器控制面板顯示“過載”保護動作，下面對可能引起軟啟動器報“過載”的故障原因進行分析。

（1）泵組故障原因排查

1）主動螺桿、從動螺桿的棱角有毛刺和飛邊，接觸不良或油泵軸承損壞等原因造成油泵螺桿發生損壞卡死時，啟動電機會直接導致電機過載。檢修時解體泵頭，檢查主動螺桿和從動螺桿未發現有變形和異常磨損情況，軸套無偏磨現象，磨損程度正常；軸承檢查無異常磨損和晃動；油泵骨架密封壓蓋無過緊情況。

2）油泵進油濾網被堵塞或回油箱油位過低。檢修時對回油箱內部進行檢查，濾網完好無異常堵塞，回油箱油位正常。

3）油泵與電機軸線不同心。檢修時對油泵和電機解體，發現泵軸與電機軸配合正確，油泵和電機安裝后水平均滿足要求，整體裝復后盤車靈活無卡阻。

（2）電機及軸承故障原因排查

1）對泵組電動機定子線圈絕緣檢測，絕緣電阻≥0.5MΩ，電機軸承位無異響，中心軸旋轉平穩，確認電機無異常，排除電機定子絕緣不合格的可能。

2）檢修時對油泵電機的一次電纜及接頭試驗并檢查，電纜絕緣電阻合格，接頭牢固無異常燒損現象，上電后檢查電壓正常未發現缺相情況。

（3）軟啟動器參數設置不合理排查

軟啟動器參數設置不合理，會導致因瞬時電流過大，機組自用母線電壓造成過大沖擊，不僅會造成電機繞組過熱引起絕緣損壞，同時過大的啟動轉矩產生機械沖擊，對被帶動的設備造成更大的沖擊力，造成機械傳動部件的非正常磨損，縮短壽命。

該壓油裝置采用施耐德產品，型號為ATS48C32Q

軟啟整定電流：477A

限制電流：400%×210A=840A

加速斜坡：15s

啟動力矩：額定力矩的20%

壓油泵電機額定電流為210A，軟啟動器額定電流約等于電機額定電流2倍，滿足現場壓油裝置油泵電機運行要求，故排除由于軟啟動器參數設置不符合現場要求造成的電機過載啟動。

（4）組合閥故障排除

1）控制電磁閥檢查。對控制電磁閥閥座進行解體檢查，閥芯無異常磨損和劃痕，動作靈活無卡阻；測量控制電磁閥線圈電阻值正常。

2）組合閥閥體檢查。閥芯表面無異常磨損和劃痕，裝復后位置調速螺栓恢復檢修前距離，閥芯動作靈活無卡塞，閥芯位位置指示滑動輪檢查正常，固定銷栓無脫落，閥芯位置指示裝置動作正常無卡塞。

（5）泵組電機“啟動/停止”與組合閥“加載/卸載”操作控制流程不完善

壓油裝置液壓系統如圖2所示，壓油裝置組合閥由安全閥、單向閥和卸荷閥組成，組合閥與油泵工作原理如下：

圖2 壓油裝置液壓系統

壓油裝置壓力油泵在泄壓狀態時，電磁閥是兩位四通閥，壓油裝置電磁閥線圈2饋電，電磁閥通路狀態為P接口、A接口與F控制管路壓力油截斷，接口T、接口B與D控制管路相接至回油箱。卸荷閥是兩位兩通閥，卸荷閥控制腔3與D控制回路相通至回油箱，卸荷閥控制腔4與E控制管路相通至油泵出口壓力油，卸荷閥閥芯在控制腔3與控制腔4壓差條件下，卸荷閥接口P與接口T相通至回油箱。此時，整個壓油裝置組合閥處于油泵電機啟動前的卸荷狀態，當油泵電機啟動時，不會造成油泵電機過載啟動。

壓油裝置壓力油泵在加載時，壓油裝置電磁閥線圈1饋電，電磁閥通路狀態下F控制管路、D控制管路至卸荷閥控制腔3相通，控制腔3與控制腔4在壓差條件下閥芯動作將卸荷閥接口T與接口P截斷，壓力油經油泵出口、單向閥至壓力油罐，壓力罐壓力升至停泵壓力時，電磁閥線圈2饋電，電磁閥閥芯導通卸荷閥引導卸荷閥閥芯投入卸荷通路，然后油泵電機停止運行。

通過上述壓油裝置液壓系統原理分析，導致油泵電機過載啟動可能原因分析如下：

（1）油泵電機啟動之前，控制電磁閥閥芯在“加載”通路，而卸荷閥閥芯在“卸荷”通路。將電磁閥手動切至“加載”位置，通過啟動油泵電機實驗，并未發現油泵電機發生過載啟動現象，電機正常運轉。

（2）油泵電機啟動之前，電磁閥閥芯在“卸載”通路，卸荷閥閥芯在“加載”通路。通過對壓油裝置泄壓前的狀態分析，壓油裝置泄壓前組合閥處于正常的“泄載”回路，當空氣罐內空氣壓力泄壓為零時，組合閥卸荷閥閥芯處于“卸載”通路，沒有壓力源使得卸荷閥閥芯處于“加載”通路，并且，通過驗證試驗，將卸荷閥處于“加載”狀態，電磁閥切至“卸載”位置，啟動油泵電機，電機正常啟動后，卸荷閥復歸至“卸載”通路，油泵電機并未出現異常情況。

（3）油泵電機啟動前，電磁閥閥芯在“加載”通路，卸荷閥閥芯在“卸載”通路。在壓油裝置建壓過程中隨著空氣罐內不斷注入壓縮空氣，使得罐內壓力升高，由于電磁閥閥芯“加載”已接通，F控制回路隨著空氣罐內的空氣壓力一起升高，組合閥F控制回路、D控制回路及卸荷閥控制腔3相通。因此，當空氣罐內壓力升高時，導致卸荷閥控制腔3逐漸帶壓，成有壓控制腔，而控制腔4為無壓控制腔，在壓差條件下緩慢將卸荷閥閥芯切入“加載”通路，這時如果啟動油泵電機，會造成電機過載啟動。

3 對策措施

（1）泵組及組合閥檢修后的要求

1）油泵檢修過程中應按標準化作業指導書逐一對零部件進行檢查、修復和更換，檢修后按要求進行裝復，并進行泵組盤車試驗，以防止因油泵檢修后內部組件裝配不合格引起的機械卡死引發油泵電機過載啟動。

2）組合閥檢修過程中對閥芯進行全面檢查，如發現閥芯表面存在劃痕和毛刺需要進行打磨修復或更換，端蓋調節螺栓在檢修前測量其調整值，作為檢修后恢復的基準；檢查閥芯位置指示裝置動作正常，滑動輪固定銷釘無變形和脫落。組合閥裝復前人為手動動作閥芯應靈活無卡塞，位置指示裝置動作正常。

（2）對電機檢修后的要求

油泵電機檢修后，要測量定子線圈絕緣電阻值，檢測結果滿足絕緣電阻≥0.5MΩ要求，將電機軸與泵軸解體，人為手動對電機軸進行盤車，電機軸應無明顯卡塞或異響，檢查電機轉子及定子外觀無損傷情況，加裝電機與油泵軸聯接后，空載點動啟動泵組，確保電機運行聲音正常，電流在正常范圍。

（3）滿足軟啟動器設置要求

泵組電機的啟動初始階段，軟啟動器的輸出電壓迅速增加，啟動電流按設定的上升速率逐漸增大，到達設定值后，保持恒流狀態，直至啟動完畢。啟動電流的上升率是根據泵組負載需要進行調整，電流上升速率高，則啟動轉矩大，啟動時間短。但是，啟動轉矩過大，啟動時間過短則導致啟動電流過大，對機組自用電母線電壓以及泵組機械部分造成沖擊，因此軟啟動器的整定電流、限制電流、加速斜坡、啟動力矩等參數進行符合現場要求的設置，避免因軟啟動器的參數配置不合理造成泵組電機的誤過載啟動現象。

（4）壓油裝置建壓邏輯流程優化

在壓油裝置恢復建壓過程中，通過查找原因排除分析利用現場模擬故障狀態，通過油泵加載、卸載試驗，模擬試驗故障狀態與實際故障狀態一致。由此判斷出，造成油壓裝置建壓過程中發生油泵電機過載啟動的原因：①壓油裝置組合閥加載供油后未切至卸載位置，導致空氣罐補氣過程中隨著罐內壓力逐漸上升將組合閥閥芯緩慢推動至加載位置，在下一次啟動油泵時造成過載啟動及開關過流保護動作故障。②現場建壓人員對壓油裝置加載、卸載邏輯原理了解不透徹，壓油裝置檢修后恢復建壓流程不熟悉，存在流程漏項。

通過對壓油裝置組合閥液壓原理分析和操作流程（圖3部分操作項）梳理，得出以下結論：機組檢修后調速器恢復建壓過程中，初次利用油泵往壓油罐供油，只需啟動油泵電機便可以直接往壓油罐內充油，不需再次投入組合閥加載，此時投入組合閥加載對充油過程無任何影響，因此可優化操作流程，取消圖3中 40、41、43、44項操作；如保留油泵初次啟動后的組合閥加載操作，在供油結束時必需手動卸載油泵，嚴禁只將控制把手直接放至切除狀態。

圖3 部分建壓操作流程

4 效果評估

在2020年汛前1、3、4號機組的檢修過程中，通過對組合閥操作流程優化，減少了壓油裝置恢復建壓操作步驟，有效地避免了因操作控制流程不完善造成的油泵電機過載啟動故障，這不但延長了設備使用壽命，還提高了設備安全穩定運行能力，同時還降低了因故障帶來的人力維護成本、設備檢修成本等。

5 結語

水電廠壓油裝置是電廠的主要輔助設備，其運行故障直接危及調速器設備安全。該裝置的優化建壓流程和故障排除是水電技術的重點內容，本文深入分析了機組壓油裝置壓油泵電機空開跳閘導致壓油裝置失電事件的直接原因和間接原因，對壓油裝置檢修后恢復建壓的操作流程進行針對性的優化和完善，開展泵組故障的分析工作，采取相應的預防措施，對避免機械事故的發生，延長泵組的使用壽命，都具有重要的意義。同時，在機組壓油裝置恢復過程中，因消除了類似事故造成設備損壞和危及機組安全運行的隱患，對水電廠的安全經濟運行有直接影響，本文有一定的借鑒意義。