引言

內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能電站(以下簡稱"呼蓄電站"）,距離呼和浩特市中心約20km。電站總裝機容量為120萬kw,每臺機組的容量是30萬kw,總共有4臺可逆式水泵水輪機組。作為現(xiàn)階段蒙西電網(wǎng)僅有的一座抽水蓄能電站,不僅起著調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用及黑啟動的作用,結(jié)合蒙西電網(wǎng)特點還承擔著與風電、光伏等配合提高新能源消納的重要任務,所以機組的安全穩(wěn)運行對蒙西電網(wǎng)的穩(wěn)定至關重要。

呼蓄電站導水機構(gòu)采用單元接力器結(jié)構(gòu),20個活動導葉由20個雙作用接力器獨立操作,液壓回路元件較多,結(jié)構(gòu)復雜,易發(fā)生故障。

自2014年11月10日首臺機組投產(chǎn)發(fā)電以來,機組運行過程中均陸續(xù)出現(xiàn)單個甚至多個導葉失控和抽動故障,尤其以4號機組最為嚴重。對故障導葉主配壓閥清洗后故障即可消除,但若恢復時充油方式選擇不合適,會再次造成單個或多個導葉失控。2017年,4號機組檢修期間曾對20個導葉主配壓閥及環(huán)管進行徹底清洗并全部更換液壓油,但導葉失控故障仍難以根本解決。

1調(diào)速器的構(gòu)成及主要技術(shù)參數(shù)

呼蓄電站4號機組調(diào)速器型號為MGC6000微機調(diào)速器,主要由機械部分和電氣部分組成。

電氣部分主要由調(diào)速器電調(diào)柜、油壓裝置控制柜、漏油箱控制箱等組成,采用"雙冗余微機數(shù)字控制器（A套、B套）+比例伺服閥電液隨動系統(tǒng)",能夠有效控制機組的開機、發(fā)電、抽水、調(diào)相、空載、并網(wǎng)、增減負荷、停機等各個環(huán)節(jié),適應電網(wǎng)負荷的增減。

機械部分主要由壓力油源系統(tǒng)部分和機械液壓部分組成,其中機械液壓部分主要包括伺服主配壓閥組（20組）、控制閥組、延時裝置、隔離閥裝置、油過濾器、接力器位移傳感器等。

主配壓閥組（圖1）主要由主閥、電液轉(zhuǎn)換器等組成[3],其作用是通過電液轉(zhuǎn)換器的位移信號控制主配壓閥動作,從而控制導葉接力器的動作,調(diào)整導葉開度?？刂崎y組主要由緊停電磁閥、延停電磁閥、導葉鎖定投退電磁閥、延時裝置液控閥、壓力繼電器及壓力表計等構(gòu)成,主要用于事故停機關閉導葉、發(fā)電工況電氣事故時延時11s關導葉及導葉全關自動鎖定投退。調(diào)速器系統(tǒng)設有兩套濾油器,一套安裝在集油箱上,用來過濾調(diào)速器控制閥組:另一套安裝在主壓力油管上,用來過濾機坑內(nèi)調(diào)速器各配壓閥的用油。濾油器為雙聯(lián)濾油器,互為主備用,可在線手動切換。

圖1主配壓閥結(jié)構(gòu)圖

2故障過程

2015年7月13日,4號機組試運行結(jié)束,正式投入運行。

2015年9月14日,4號機組停機轉(zhuǎn)抽水開啟導葉過程中發(fā)現(xiàn)4#導葉未正常開啟,處于全關狀態(tài),后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)4#導葉主配壓閥閥芯進入雜質(zhì)導致卡澀,更換后恢復正常。

2016年3月29日,4號機組停機轉(zhuǎn)抽水導葉開啟后發(fā)現(xiàn)6#導葉異常全開,其余導葉開度均處于65.5%左右,后執(zhí)行停機時,6#導葉開度保持全開狀態(tài)無法關閉,其余導葉均全關正常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6#導葉主配壓閥及比例伺服閥閥芯（圖2）內(nèi)均存在油污,更換主配壓閥、比例伺服閥,調(diào)速器系統(tǒng)充油恢復后,進行導葉靜水啟閉試驗時發(fā)現(xiàn)機組10#、13#、14#、16#導葉均未能正常動作。經(jīng)檢查其二次控制回路工作正常,故障主配壓閥閥芯內(nèi)存在大量油污,對故障主配壓閥及其比例伺服閥進行更換和清洗,并在切換調(diào)速器系統(tǒng)控制油過濾器、壓力油過濾器后對調(diào)速器系統(tǒng)進行充油恢復,進行導葉靜水啟閉試驗。試驗發(fā)現(xiàn)此次8#、9#、10#、13#、14#、15#、16#、18#導葉均未能正常動作,在對故障主配壓閥及其比例伺服閥進行重新清洗后調(diào)整調(diào)速器油壓系統(tǒng)充油方式,再次進行導葉靜水啟閉試驗,導葉啟閉正常,調(diào)速器系統(tǒng)恢復正常。

圖2比例伺服閥閥芯卡澀

3故障分析

4號機組6#導葉主配壓閥及比例伺服閥清洗后按照設備說明書要求首先確保壓力油罐到調(diào)速器系統(tǒng)壓力管路上的電液隔離閥在開啟狀態(tài),然后緩慢開啟電液隔離閥前的手動隔離閥,待壓力油進入系統(tǒng)并達到額定壓力6.3&MP后,再將此閥門全開。

由于此時調(diào)速器系統(tǒng)油管路中有許多殘余氣體,而氣體具有可壓縮性,在油管或閥組中形成氣狀彈簧,設備運行時會引起油管等設備振蕩,并對油管、閥組等設備造成氣蝕。為了避免油管振蕩及消除油管系統(tǒng)中的氣體,充油時需將閥門緩慢開啟,充油后最初要在手動方式下對20個導葉接力器進行多次全行程啟閉操作,用于排掉油管中的氣體。

由于采取此種方式充油時,調(diào)速器系統(tǒng)管路中的氣體需在導葉啟閉過程中通過油管經(jīng)主配壓閥組閥芯排至漏油箱,故初步懷疑調(diào)速器系統(tǒng)油質(zhì)劣化,雜質(zhì)較多,油過濾器運行時間長、過濾不充分導致充油時雜質(zhì)隨油流進入主配壓閥組閥芯內(nèi),造成故障。第二次清洗后將控制油過濾器、壓力油過濾器均切換至備用過濾器,并將主壓力油供油管路進行了清洗后方進行充油,仍有多個主配壓閥組閥芯卡澀。

進一步分析,使用此方法充油時,調(diào)速器系統(tǒng)管路中的油壓高達6.3&MP,導葉靜水啟閉試驗時管路中的空氣壓縮、釋放迅速,流經(jīng)管壁時會攜帶大量氣泡、油污等雜質(zhì)進入主配壓閥組閥芯,從而造成主配壓閥組卡澀、失控等故障。必須在清洗調(diào)速器系統(tǒng)所有油管路并確保油質(zhì)可控的前提下方可采取此種充油方式。

4故障處理及防范措施

通過分析可以確認,主配壓閥組閥芯卡澀故障主要是由于調(diào)速器油壓系統(tǒng)中的雜質(zhì)進入主配壓閥組閥芯內(nèi)引起的,通過清洗或更換主配壓閥組即可消除故障。因調(diào)速器系統(tǒng)需盡快恢復備用,故根據(jù)設備原理及實際情況需對調(diào)速器系統(tǒng)充油做優(yōu)化調(diào)整。

首先保持壓力油管檢修排油閥、回油管檢修排油閥、正常操作控制油管檢修排油閥、延停及緊?？刂朴凸軝z修排油閥在半開或微開狀態(tài),確保壓力油罐到調(diào)速器系統(tǒng)壓力管路上的電液隔離閥在開啟狀態(tài),然后微微開啟電液隔離閥前的手動隔離閥,確保管路內(nèi)油壓不高于1.0&MP,檢查漏油箱內(nèi)油面上升并伴隨大量氣泡,待漏油箱油面上升平穩(wěn)且無氣泡涌出時,關閉上述四個檢修排油閥,然后逐步開啟電液隔離閥前的手動隔離閥至全開,再在手動方式下對20個導葉接力器進行多次全行程啟閉操作,排掉油管中的氣體。這種充油方式的好處是絕大部分的氣體及其攜帶的油污等雜質(zhì)隨油流排至漏油箱而不經(jīng)過主配壓閥組閥芯,且其管路中壓力較低,不會產(chǎn)生劇烈的振動、流動而帶起調(diào)速器系統(tǒng)沿管附著的污垢。

同時,該故障的主要原因是調(diào)速器系統(tǒng)在長期運行時油液在不停循環(huán)往復過程中因種種因素受到污染,油質(zhì)劣化?，F(xiàn)呼蓄電站調(diào)速器系統(tǒng)均采用L-TsA46抗氧防銹汽輪機油,該汽輪機油的各性能指標參數(shù)都很優(yōu)良,油品質(zhì)穩(wěn)定。但液壓油在調(diào)速器系統(tǒng)運行時除了本身緩慢劣化外,其污染變質(zhì)主要是由于外來污染物侵染、催化所致。外來污染主要包括混入水分和固體顆粒物污染,而這兩種污染均可以通過有效的過濾進行凈化。通過分析我們主要采取了5個方面的措施進行防范:

(1）在回油箱加裝在線濾油機,進行24h不間斷過濾:

(2）在機組檢修期間對調(diào)速器系統(tǒng)所有可拆卸油管路、液壓閥組、壓油罐、回油箱等均進行徹底清洗:

(3）縮短調(diào)速器系統(tǒng)油過濾器的定期切換工作,并及時對各級過濾器的濾網(wǎng)進行清洗或更換:

(4）每月對調(diào)速器系統(tǒng)進行油化驗工作,及時掌握油質(zhì)狀態(tài),必要時對調(diào)速器系統(tǒng)油液進行整體更換:

(5）對電站液壓油的儲存進行嚴格管理,做好溫控及防塵工作,儲存期較長的液壓油使用前必須通過檢驗合格后方可取用。

5結(jié)語

通過對調(diào)速器系統(tǒng)設備檢修后充油方式的優(yōu)化以及調(diào)速器系統(tǒng)油質(zhì)污染的控制與凈化,基本有效地防范了水輪機調(diào)速器主配壓閥組閥芯卡澀等故障的出現(xiàn)。自上述措施實施以來,調(diào)速器系統(tǒng)運行狀況良好,未再出現(xiàn)主配壓閥組閥芯卡澀故障。