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(jī)容量為120萬kw,每臺機(jī)組的容量是30萬kw,總共有4臺可逆式水泵水輪機(jī)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(diǎn)還承擔(dān)著與風(fēng)電、光伏等配合提高新能源消納的重要任務(wù),所以機(jī)組的安全穩(wěn)運(yùn)行對蒙西電網(wǎng)的穩(wěn)定至關(guān)重要。

呼蓄電站導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采用單元接力器結(jié)構(gòu),20個(gè)活動導(dǎo)葉由20個(gè)雙作用接力器獨(dú)立操作,液壓回路元件較多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,易發(fā)生故障。

自2014年11月10日首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來,機(jī)組運(yùn)行過程中均陸續(xù)出現(xiàn)單個(gè)甚至多個(gè)導(dǎo)葉失控和抽動故障,尤其以4號機(jī)組最為嚴(yán)重。對故障導(dǎo)葉主配壓閥清洗后故障即可消除,但若恢復(fù)時(shí)充油方式選擇不合適,會再次造成單個(gè)或多個(gè)導(dǎo)葉失控。2017年,4號機(jī)組檢修期間曾對20個(gè)導(dǎo)葉主配壓閥及環(huán)管進(jìn)行徹底清洗并全部更換液壓油,但導(dǎo)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(jī)組調(diào)速器型號為MGC6000微機(jī)調(diào)速器,主要由機(jī)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(jī)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(jī)組的開機(jī)、發(fā)電、抽水、調(diào)相、空載、并網(wǎng)、增減負(fù)荷、停機(jī)等各個(gè)環(huán)節(jié),適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的增減。

機(jī)械部分主要由壓力油源系統(tǒng)部分和機(jī)械液壓部分組成,其中機(jī)械液壓部分主要包括伺服主配壓閥組（20組）、控制閥組、延時(shí)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(dǎo)葉接力器的動作,調(diào)整導(dǎo)葉開度。控制閥組主要由緊停電磁閥、延停電磁閥、導(dǎo)葉鎖定投退電磁閥、延時(shí)裝置液控閥、壓力繼電器及壓力表計(jì)等構(gòu)成,主要用于事故停機(jī)關(guān)閉導(dǎo)葉、發(fā)電工況電氣事故時(shí)延時(shí)11s關(guān)導(dǎo)葉及導(dǎo)葉全關(guān)自動鎖定投退。調(diào)速器系統(tǒng)設(shè)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(jī)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(jī)組試運(yùn)行結(jié)束,正式投入運(yùn)行。

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

2016年3月29日,4號機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)抽水導(dǎo)葉開啟后發(fā)現(xiàn)6#導(dǎo)葉異常全開,其余導(dǎo)葉開度均處于65.5%左右,后執(zhí)行停機(jī)時(shí),6#導(dǎo)葉開度保持全開狀態(tài)無法關(guān)閉,其余導(dǎo)葉均全關(guān)正常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)6#導(dǎo)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(fù)后,進(jìn)行導(dǎo)葉靜水啟閉試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組10#、13#、14#、16#導(dǎo)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(jìn)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(jìn)行充油恢復(fù),進(jìn)行導(dǎo)葉靜水啟閉試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此次8#、9#、10#、13#、14#、15#、16#、18#導(dǎo)葉均未能正常動作,在對故障主配壓閥及其比例伺服閥進(jìn)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(jìn)行導(dǎo)葉靜水啟閉試驗(yàn),導(dǎo)葉啟閉正常,調(diào)速器系統(tǒng)恢復(fù)正常。

圖2比例伺服閥閥芯卡澀

3故障分析

4號機(jī)組6#導(dǎo)葉主配壓閥及比例伺服閥清洗后按照設(shè)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(jìn)入系統(tǒng)并達(dá)到額定壓力6.3&MP后,再將此閥門全開。

由于此時(shí)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(shè)備運(yùn)行時(shí)會引起油管等設(shè)備振蕩,并對油管、閥組等設(shè)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(shí)需將閥門緩慢開啟,充油后最初要在手動方式下對20個(gè)導(dǎo)葉接力器進(jìn)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(shí),調(diào)速器系統(tǒng)管路中的氣體需在導(dǎo)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(yùn)行時(shí)間長、過濾不充分導(dǎo)致充油時(shí)雜質(zhì)隨油流進(jìn)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(jìn)行了清洗后方進(jìn)行充油,仍有多個(gè)主配壓閥組閥芯卡澀。

進(jìn)一步分析,使用此方法充油時(shí),調(diào)速器系統(tǒng)管路中的油壓高達(dá)6.3&MP,導(dǎo)葉靜水啟閉試驗(yàn)時(shí)管路中的空氣壓縮、釋放迅速,流經(jīng)管壁時(shí)會攜帶大量氣泡、油污等雜質(zhì)進(jìn)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(rèn),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(jìn)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(fù)備用,故根據(jù)設(shè)備原理及實(shí)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、延停及緊停控制油管檢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(shí),關(guān)閉上述四個(gè)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(gè)導(dǎo)葉接力器進(jìn)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(shí),該故障的主要原因是調(diào)速器系統(tǒng)在長期運(yùn)行時(shí)油液在不停循環(huán)往復(fù)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(jī)油,該汽輪機(jī)油的各性能指標(biāo)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(yùn)行時(shí)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(jìn)行凈化。通過分析我們主要采取了5個(gè)方面的措施進(jìn)行防范:

(1）在回油箱加裝在線濾油機(jī),進(jìn)行24h不間斷過濾:

(2）在機(jī)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(jìn)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(shí)對各級過濾器的濾網(wǎng)進(jìn)行清洗或更換:

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

(5）對電站液壓油的儲存進(jìn)行嚴(yán)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(yàn)合格后方可取用。

5結(jié)語

通過對調(diào)速器系統(tǒng)設(shè)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(jī)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(shí)施以來,調(diào)速器系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好,未再出現(xiàn)主配壓閥組閥芯卡澀故障。