非對稱冗余調(diào)速器切換閥故障分析與研究

陶文莉，郝 輝，馬 波，艾遠高

（三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

水電廠的安全穩(wěn)定運行，與每個機電設備的良好性能有著重要關系。調(diào)速器作為水輪發(fā)電機組的重要控制系統(tǒng)，其安全穩(wěn)定運行有著重要意義。切換閥是調(diào)速器液壓系統(tǒng)的重要組成部分，其用于實現(xiàn)冗余調(diào)速器的液壓油路切換，從液壓回路上保證機組實現(xiàn)冗余控制器及手/自動方式之間的無擾切換。在調(diào)速器液壓回路中，切換閥一般不做冗余配置，故對切換閥工作狀況進行監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)切換閥故障，顯得尤為重要。

1 非對稱冗余調(diào)速器結構

某電站機組調(diào)速器電氣部分采用雙套控制器，電液轉(zhuǎn)換執(zhí)行機構為比例閥+步進電機自復中機構相結合的雙套獨立電液轉(zhuǎn)換通道，兩個通道相互間完全獨立，互為備用，采用切換閥實現(xiàn)液壓回路之間的切換。其中，切換閥為單線圈驅(qū)動，彈簧自復位。如圖1所示為某電站機組調(diào)速器結構圖。

圖1 調(diào)速器結構圖

當切換閥線圈得電時，A套控制器控制比例伺服閥，由比例伺服閥直接作用于主配壓閥，所對應的油路為A套油路；當切換閥線圈失電時，B套控制器控制步進電機或者機手動操作機構控制步進電機，均通過自復中電液轉(zhuǎn)換器作用于主配壓閥，所對應的油路為B套油路。

2 調(diào)速器切換閥故障分析

2.1 異?，F(xiàn)象與原因確認

某機組調(diào)速器在模擬A套大故障試驗時發(fā)現(xiàn)：在A套自動方式下，斷開切換閥電源，調(diào)速器應該按照邏輯設計報出“A套大故障”，并切換至B套運行，但現(xiàn)場未按照預定邏輯切換至B套運行，且兩套控制器沒有任何故障報警信號。

出現(xiàn)異常情況后，查詢切換閥控制電氣回路設計為：切換閥線圈供電回路設計有單獨的空氣開關，A套切換閥控制命令串接在切換閥線圈供電回路中，切換閥本體帶有一組反饋接點直接送至A套控制器。B套沒有設計對切換閥的控制邏輯。

切換閥故障判斷邏輯如圖2所示：在A套主用時，控制器開出切換閥控制命令，若2 s以后仍未收到切換閥反饋信號，則報A套切換閥故障信號。B套未設計切換閥故障判斷邏輯。

圖2 A套調(diào)速器切換閥故障判斷邏輯

檢查A套調(diào)速器程序，發(fā)現(xiàn)切換閥反饋信號為1，即切換閥閥芯位置在A套油路。但此切換閥為單線圈電磁閥，切斷其線圈供電后，閥體應該在彈簧作用下切換至B套油路。由此基本判斷切換閥出現(xiàn)了卡阻故障。

對A/B套調(diào)速器導葉控制情況進行了現(xiàn)場試驗，導葉動作情況如表1所示。

表1 導葉動作情況表

由表1可以看出，A套控制器運行，即切換閥在A套油路時導葉可以正常動作，但是在B套和機手動控制，即切換閥在B套油路時導葉無法正常動作。由此可以判斷，此時切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)。

通過上述分析和試驗發(fā)現(xiàn)：切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)， A套油路一直保持暢通，無法切換至B套油路。此時，根據(jù)切換閥故障判斷邏輯，在A套主用時，切換閥控制命令一直存在，切換閥反饋接點一直接通，A套沒有故障信號，而B套控制器沒有設計切換閥判斷邏輯，也沒有故障信號。所以當A套大故障，機組切至B套或機手動方式運行時，實際油路一直在A套油路側(cè)，調(diào)速器實際無法控制導葉動作，具有較大的運行風險。

2.2 導葉動作模擬試驗

針對切換閥卡在A套油路側(cè)的情況，進行導葉動作模擬試驗。改變比例閥電氣中位設置，模擬機組并網(wǎng)狀態(tài)下，A套自動運行時出現(xiàn)大故障，觀察調(diào)速器切至B套運行后導葉的實際動作情況。

（1）比例閥電氣中位設置合理。當切至B套主用運行后，導葉開度基本維持不變；手動切至機手動方式運行后，操作步進電機手輪，導葉開度依然基本維持不變。在此過程中，無任何故障報警信號報出。

圖3 切換閥發(fā)卡導葉維持不動

（2）比例閥電氣中位設置偏開方向。在B套自動方式下， B套的導葉給定不變，但實際導葉開度一直在往開方向偏移，當偏移達到設定值時，調(diào)速器報“導葉液壓故障”“B套大故障”，同時切至機手動方式運行。由圖4可知，無論是B套自動方式還是機手動方式，導葉開度一直在往開方向偏移。

圖4 切換閥發(fā)卡導葉偏開

（3）比例閥中位設置偏關方向。在B套自動方式下， B套的導葉給定不變，但實際導葉開度一直在往關方向偏移，當偏移達到設定值時，調(diào)速器報“導葉液壓故障”“B套大故障”，同時切至機手動方式運行。由圖5可知，無論是B套自動方式還是機手動方式，導葉開度一直在往關方向偏移。

圖5 切換閥發(fā)卡導葉偏關

2.3 小結

由以上導葉動作模擬試驗結果可知，當切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)時，當比例閥中位設置合理，B套自動方式下，導葉可以保持穩(wěn)定，機組平穩(wěn)運行，但無法調(diào)整負荷；當比例閥中位設置偏開，B套自動方式或者機手動方式下，導葉持續(xù)偏開，機組有超負荷運行的風險；當比例閥中位設置偏關，B套自動方式或者機手動方式下，導葉持續(xù)偏關，機組有逆功率運行的風險。當切換閥發(fā)生發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)時，在B套主用或機手動方式運行，無法確保機組安全穩(wěn)定運行，且不會有切換閥故障報警信號，存在較大的風險，當前切換閥故障判斷邏輯不能滿足機組安全穩(wěn)定運行的需求。

3 改進措施

現(xiàn)有的調(diào)速器程序中只有A套控制器切換閥故障判斷邏輯，可以增加B套控制器切換閥故障判斷邏輯，進一步完善調(diào)速器故障判斷機制。切換閥本身自帶一組反饋接點，不經(jīng)過中間繼電器擴展，直接送至A套控制器的DI通道。檢查控制器程序發(fā)現(xiàn)，B套控制器與A套控制器之間有以太網(wǎng)方式通信，在不影響A套切換閥故障判斷的可靠性，且不改變原有切換閥反饋硬件回路的情況下，可以以通信方式將A套獲取到的切換閥反饋信號送至B套控制器，用以B套切換閥故障判斷。在B套控制器程序中，增加如圖6所示切換閥故障判斷邏輯，當調(diào)速器B套主用或機手動方式運行時，若B套控制器收到切換閥反饋信號為1，則B套控制器報切換閥故障信號。通過B套控制器報出切換閥故障信號，提示運行人員，此時切換閥卡在A套油路側(cè)，不能在B套或機手動方式實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)，同時便于維護人員進行故障定位。

圖6 增加B套切換閥故障判斷邏輯圖

其次，比例閥電氣中位是一個相對穩(wěn)定的值，應在機組檢修期間無水試驗階段，通過導葉跟隨試驗，對比例閥中位設置情況進行檢查，確認比例閥中位設置合理，確保機組在切換閥卡在A套油路側(cè)時，即使A套發(fā)生大故障，機組也可以穩(wěn)定在當前導葉開度運行。

程序修改后進行現(xiàn)場模擬試驗：通過強制A套控制器的切換閥控制命令輸出模擬切換閥發(fā)卡且卡在A套油路側(cè)，機組在A套并網(wǎng)運行時，模擬A套大故障，調(diào)速器切至B套主用運行后，B套控制器報出 “切換閥故障”，并切至機手動運行，導葉開度維持在當前導葉開度。

4 結語

切換閥作為非對稱冗余調(diào)速器液壓回路切換的關鍵設備，其運行情況直接關系到機組的安全穩(wěn)定可靠運行。文章通過分析切換閥故障后的導葉動作情況，完善了切換閥故障判斷邏輯，消除了機組調(diào)速器運行過程中可能存在的安全隱患，進一步提升了機組調(diào)速器運行的安全穩(wěn)定性。