某蓄能電廠調(diào)速器測(cè)壓閥改造分析探討

沈華哲，王志楠，胡德江

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗(yàn)分公司，廣東 廣州511400）

0 概述

水輪機(jī)調(diào)速器的基本任務(wù)是維持進(jìn)入水輪機(jī)的水能與發(fā)電機(jī)輸出的電能平衡，維持水輪機(jī)輸出的電能頻率恒定，即在電網(wǎng)中參與一次調(diào)頻[1]，據(jù)國(guó)內(nèi)20世紀(jì)80年代末統(tǒng)計(jì)資料表明，調(diào)速器機(jī)械、液壓系統(tǒng)故障約占調(diào)速器故障的60%以上[2]。

調(diào)速器系統(tǒng)測(cè)壓閥是調(diào)速器空放系統(tǒng)的主要部件之一，在機(jī)組運(yùn)行中，主要作用是調(diào)整系統(tǒng)壓力，根據(jù)油罐壓力自動(dòng)切換空載/負(fù)載狀態(tài)，以保證調(diào)速器壓力油罐壓力值在恒定范圍內(nèi)，因此，測(cè)壓閥的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用。此前，由于測(cè)壓閥自身結(jié)構(gòu)等原因，多次導(dǎo)致該電廠機(jī)組開、停機(jī)失敗，甚至跳機(jī)等后果，因此，對(duì)該電廠調(diào)速器測(cè)壓閥的改造非常必要。

目前，針對(duì)此前調(diào)速器測(cè)壓閥卡澀故障統(tǒng)計(jì)分析原因，主要有：

（1）測(cè)壓閥的調(diào)整彈簧過長(zhǎng)，作用力與閥針不在同一中心線上，再加上采用3根彈簧進(jìn)行調(diào)整，使得彈簧作用力易發(fā)生傾斜，閥針受力不豎直，增加閥針上下活動(dòng)的阻力。

（2）異物進(jìn)入測(cè)壓閥閥針，使閥芯不能自由活動(dòng)或閥芯中心油孔堵塞。

（3）測(cè)壓閥長(zhǎng)期運(yùn)行后，閥芯和閥針工作面磨損，配合不佳[3]。

針對(duì)該蓄能電廠A廠調(diào)速器測(cè)壓閥卡澀原因，從結(jié)構(gòu)上對(duì)調(diào)速器的測(cè)壓閥進(jìn)行了研究，初步提出改造方案。

1 測(cè)壓閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

測(cè)壓閥結(jié)構(gòu)（見圖1）：由外殼、中間活塞及閥芯、彈簧構(gòu)成。

測(cè)壓閥動(dòng)作壓力：6.2～6.4MPa。

1.1 空放系統(tǒng)負(fù)載時(shí)測(cè)壓閥工作原理

當(dāng)工作油壓下降到設(shè)定值時(shí)（6.2MPa），作用在閥芯上端面的壓力不足以克服彈簧的收縮力，閥芯在彈簧力的作用下逐步上升到上限位置。這時(shí)，壓力油通過閥芯的上油孔與中間油孔再經(jīng)過中間活塞的傾斜油孔到達(dá)上閥盤的上腔，使中間活塞向下運(yùn)動(dòng)到下限位置。中間活塞下降到下限位置時(shí)，其下閥盤打開連通空載閥壓力油的通道，壓力油到達(dá)空載閥接力器關(guān)閉腔，使空載閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油。

1.2 空放系統(tǒng)空載時(shí)測(cè)壓閥工作原理

當(dāng)工作油壓高于設(shè)定值時(shí)（6.4MPa），油壓作用于閥芯的上端面，使其克服彈簧的收縮力，處在下限位置；此時(shí)，中間活塞上閥盤的上腔通過閥芯的中間油孔和下油孔接通排油，中間活塞處在上限位置，同時(shí)，中間活塞的下閥盤封閉連通空載閥壓力油的通道，使空載閥開啟，油泵空載。

圖1 測(cè)壓閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2 新型測(cè)壓閥結(jié)構(gòu)及工作原理

由于該蓄能電廠B廠測(cè)壓閥的結(jié)構(gòu)與A廠測(cè)壓閥結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同，并且B廠自投產(chǎn)以來調(diào)速器測(cè)壓閥工作穩(wěn)定，所以研究將A廠測(cè)壓閥換型為B廠測(cè)壓閥。

但是由于B廠調(diào)速器測(cè)壓閥的輸出與A廠的相反，即當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)油壓低于6.2MPa需要補(bǔ)油時(shí)，B廠測(cè)壓閥的輸出為排油，而A廠測(cè)壓閥此時(shí)的輸出應(yīng)為壓力油；當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)油壓高于6.4MPa停止補(bǔ)油時(shí)，B廠測(cè)壓閥的輸出為壓力油，而A廠測(cè)壓閥此時(shí)的輸出應(yīng)為排油。為了能滿足A廠測(cè)壓閥的輸出要求，需要在測(cè)壓閥與空載閥之間加裝1個(gè)液壓二位三通換向閥（見圖2）。

當(dāng)工作油壓下降到設(shè)定值時(shí)，作用在閥芯下端面的壓力不足以克服彈簧的彈力，使得測(cè)壓閥閥芯下移，隔斷壓力油進(jìn)入換向閥，使得換向閥下端面沒有壓力克服彈簧的彈力，換向閥閥芯下移，壓力油到達(dá)空載閥接力器關(guān)閉腔，使空載閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油。

圖2 新型測(cè)壓閥液壓回路

當(dāng)工作油壓高于設(shè)定值時(shí)，油壓作用于閥芯的下端面，使其克服彈簧的彈力，使得測(cè)壓閥下端油路接通，從而使壓力油進(jìn)入換向閥下端面，克服彈簧彈力，使得換向閥閥芯上移，隔斷壓力油從換向閥進(jìn)入空放閥上腔，使空載閥開啟，油泵空載。

3 測(cè)壓閥改造后調(diào)試

測(cè)壓閥改造完成后，進(jìn)行調(diào)試并調(diào)整測(cè)壓閥動(dòng)作壓力。實(shí)際測(cè)量動(dòng)作壓力區(qū)間為6.094MPa（空載轉(zhuǎn)負(fù)載）～6.4MPa（負(fù)載轉(zhuǎn)空載）。調(diào)整時(shí)壓力測(cè)量采用的為壓力校驗(yàn)儀，調(diào)整后3次動(dòng)作壓力在調(diào)整的壓力區(qū)間均保持穩(wěn)定動(dòng)作，動(dòng)作壓力調(diào)整完成后，由運(yùn)行人員將油位補(bǔ)充至接近EB油位，壓力調(diào)整為6.4MPa。

3.1 壓力油罐自動(dòng)補(bǔ)氣原因分析

該蓄能電廠機(jī)組大修后進(jìn)行多次升速試驗(yàn)，1月21日，機(jī)組升速實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)調(diào)速器壓力油罐先后出現(xiàn)5次自動(dòng)補(bǔ)氣過程（見表1），并且后續(xù)在1月22日～1月25日的調(diào)試開機(jī)過程中，多次出現(xiàn)壓力油罐油位低于油位報(bào)警現(xiàn)象。

該過程初步分析，改造后新型測(cè)壓閥存在動(dòng)作異常的現(xiàn)象從而導(dǎo)致無法在6.4MPa切換至空載致使油位一直上升至EB高油位，導(dǎo)致BS補(bǔ)氣電磁閥對(duì)壓力油罐進(jìn)行補(bǔ)氣。

為驗(yàn)證這一判斷，在1月22日～1月25日機(jī)組調(diào)試開機(jī)過程中，由運(yùn)行人員將壓力油罐油位補(bǔ)充至接近EB油位，壓力調(diào)整為6.4MPa，并且由自動(dòng)化人員配合，使用錄波儀對(duì)壓力油罐內(nèi)部壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察并記錄新測(cè)壓閥切換空/負(fù)載動(dòng)作壓力及動(dòng)作區(qū)間（見表1），測(cè)得新測(cè)壓閥切換空/負(fù)載壓力動(dòng)作不穩(wěn)定，動(dòng)作區(qū)間最大為0.46MPa，最小區(qū)間為0.18MPa，同時(shí)切換空載動(dòng)作壓力最大值高達(dá)6.51MPa，壓力大于6.4MPa切換空載的次數(shù)達(dá)6次之多。

表1 新測(cè)壓閥切換空/負(fù)載動(dòng)作壓力

結(jié)合以上結(jié)果查看該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，1月25日進(jìn)行機(jī)組調(diào)試開機(jī)過程中，壓力油罐出現(xiàn)EB高油位報(bào)警信號(hào)，并且此時(shí)BS補(bǔ)氣電磁閥對(duì)壓力油罐進(jìn)行補(bǔ)氣（見表2）。故可以判斷當(dāng)壓力油罐壓力大于6.4MPa時(shí)，由于新測(cè)壓閥沒有及時(shí)切換空載進(jìn)行排油，使得油泵持續(xù)向壓力油罐充油，以至于油位高于EB油位線，從而導(dǎo)致BS補(bǔ)氣電磁閥對(duì)壓力油罐進(jìn)行補(bǔ)氣。

表2 Eventlog事件跟蹤

3.2 壓力油罐CF低油位原因分析

1月22日～1月25日機(jī)組調(diào)試開機(jī)過程中，多次出現(xiàn)壓力油罐油位低于CF油位報(bào)警現(xiàn)象。

1月29日，機(jī)組泵工況調(diào)試開機(jī)，由自動(dòng)化人員配合，使用錄波儀對(duì)壓力油罐內(nèi)部壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，觀察并記錄新測(cè)壓閥切換空/負(fù)載動(dòng)作壓力及動(dòng)作區(qū)間，并監(jiān)測(cè)壓力油罐油位變化情況，在此期間，分別出現(xiàn)2次高油位報(bào)警信號(hào)和六次CF低油位報(bào)警信號(hào)，并且在第1次高油位報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)后沒有伴隨出現(xiàn)低油位報(bào)警信號(hào)，而在第2次高油位報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)后，在隨后的一段時(shí)間內(nèi)，伴隨出現(xiàn)6次低油位報(bào)警信號(hào)，根據(jù)錄播儀記錄的錄波波型以及該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，對(duì)此次調(diào)試過程中壓力油罐出現(xiàn)的CF低油位報(bào)警信號(hào)進(jìn)行分析。

查看該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，第1次高油位報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)在1月29日00：43，查看對(duì)應(yīng)時(shí)間錄波，此時(shí)測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間為6.32（負(fù)載）～6.52MPa（空載），并且在此后出現(xiàn)第2次高油位報(bào)警信號(hào)之前，測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間均在0.2MPa左右（見表3）。第2次高油位出現(xiàn)在1月29月01：16，并在此后2個(gè)h內(nèi)伴隨出現(xiàn)6次低油位報(bào)警信號(hào)，查看錄波儀錄波，6次出現(xiàn)低油位報(bào)警信號(hào)時(shí)測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間均在0.4MPa左右范圍內(nèi)（見表3）。

表3 新測(cè)壓閥切換空/負(fù)載動(dòng)作壓力

根據(jù)壓力油罐BS自動(dòng)補(bǔ)氣原因分析，查看該蓄能電廠Eventlog事件跟蹤分析系統(tǒng)，出現(xiàn)2次高油位位報(bào)警信號(hào)后，隨后BS電磁閥對(duì)壓力油罐進(jìn)行2次自動(dòng)補(bǔ)氣，壓力油罐氣體增多，故導(dǎo)致壓力油罐內(nèi)油位與所對(duì)應(yīng)的油罐壓力發(fā)生改變，即在相同油罐壓力下，補(bǔ)氣后油罐油位低于初始狀態(tài)油罐油位。故測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間對(duì)應(yīng)油位也會(huì)隨之整體下降。第1次由于測(cè)壓閥動(dòng)作值大于6.4MPa時(shí)未及時(shí)切換空載，導(dǎo)致油位持續(xù)上升，BS補(bǔ)氣電磁閥進(jìn)行補(bǔ)氣，當(dāng)壓力升至6.52MPa時(shí)，測(cè)壓閥切換空載，停止充油，油罐油位和壓力隨機(jī)組各用戶用油而同時(shí)下降，由表3可見，第1次高油位報(bào)警信號(hào)出現(xiàn)后，此后幾次測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間均不超過0.2MPa，故當(dāng)油位和壓力下降時(shí)，油位尚且不能達(dá)到CF油位以下時(shí)，油罐壓力已經(jīng)到達(dá)測(cè)壓閥切換負(fù)載壓力值，測(cè)壓閥成功切換負(fù)載對(duì)油罐充油。故壓力油罐第1次出現(xiàn)高油位時(shí)沒有伴隨出現(xiàn)低油位報(bào)警信號(hào)。

第2次出現(xiàn)高油位現(xiàn)象時(shí)，測(cè)壓閥動(dòng)作跟第1次狀態(tài)相似，均為測(cè)壓閥切換空載壓力值增大導(dǎo)致，壓力油罐進(jìn)行了第2次自動(dòng)補(bǔ)氣，此時(shí)油罐內(nèi)氣體進(jìn)一步增多，油罐油位對(duì)應(yīng)相同壓力值進(jìn)一步有所下降，由表3可見，第2次出現(xiàn)高油位報(bào)警信號(hào)時(shí)，測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間增大，基本保持在0.4MPa區(qū)間左右，由于相同壓力下，此時(shí)油位相對(duì)于充氣前有所下降，測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間對(duì)應(yīng)油位也會(huì)隨之整體下降，故當(dāng)測(cè)壓閥空載時(shí)，油罐油位和壓力隨機(jī)組各用戶用油而同時(shí)下降，由于此時(shí)測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間增大，當(dāng)油位低于CF油位線以下時(shí)，油管內(nèi)壓力值尚未達(dá)到測(cè)壓閥切換負(fù)載的動(dòng)作值，無法切換負(fù)載，使得油位持續(xù)下降，故機(jī)組出現(xiàn)CF低油位報(bào)警信號(hào)。

4 結(jié)論

對(duì)該蓄能電廠調(diào)速器測(cè)壓閥改造后不滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的原因進(jìn)行分析，認(rèn)為：

（1）參考多次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由于新型測(cè)壓閥切換空/負(fù)載動(dòng)作值不穩(wěn)，在壓力油罐壓力大于6.4MPa時(shí)不能及時(shí)切換空載，導(dǎo)致壓力油罐高油位報(bào)警，觸發(fā)補(bǔ)氣電磁閥自動(dòng)補(bǔ)氣，是此次改造失敗的主要原因。

（2）由于新型測(cè)壓閥動(dòng)作區(qū)間在0.2～0.4MPa左右之間變化不穩(wěn)定，導(dǎo)致壓力油罐油位在低于CF油位時(shí)仍不能切換負(fù)載，導(dǎo)致出現(xiàn)低油位報(bào)警，也是此次改造失敗的另一個(gè)重要原因。

水輪機(jī)調(diào)速器作為水電廠重要的控制設(shè)備之一，其可靠性是至關(guān)重要的，在進(jìn)行設(shè)備改造的過程中，不但要進(jìn)行廣泛的調(diào)查研究，選好設(shè)備的型號(hào)，而且還要對(duì)設(shè)計(jì)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品仔細(xì)研究分析，根據(jù)自身特點(diǎn)，努力完善其功能，進(jìn)一步提高運(yùn)行可靠性，從而達(dá)到最終實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的[4]。