水电厂事故配压阀阀芯位移引起机组负荷调整失灵的原因分析与对策

梁治国

【摘 要】对一起水电厂公用事故压油装置系统检修期间，事故配压阀阀芯发生位移引起机组负荷调整失灵的现象进行原因分析和提出对策，为避免当机组或近区电网出现事故机组出口开关跳闸而发生机组飞逸事故提供经验参考。

【关键词】负荷调整失灵 事故配压阀 位移 串油

【中图分类号】[TM622]【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0425-01

1 电厂概况

广西融江美亚水电有限公司浮石水电厂位于广西北部、融江河中游的融安县浮石镇，为柳江干流综合利用梯级开发中的第6个梯级水电站。电站为河床式，机组为立式转桨轴流水轮发电机组，装设南宁发电设备总厂生产的型号为ZZ580-LH-630水轮机和型号为SF18-80/9300发电机。单机容量18MW，总装机容量54MW。调速器为WBST-150-2.5PCC可编程微机调速器，配备SGF-DN150事故配压阀。2000年4月机组正式投产发电。

2 故障现象描述

2012年12月1日，#1机组出现负荷调整失灵的现象。具体表现为：运行值班员在中控室调节负荷，负荷无法下降也无法上升，在调速器现地电自动、电手动和纯机械手动操作导叶，导叶开度均无变化。同时观察到调节桨叶正常动作，调节导叶时步进电机动作正常，步进电机丝杆动作正常，主配动作正常，但没有听到油的流动声音。当时，事故油压系统因管路更换阀门退出运行，11月22日事故油压系统已排压，#1机组的事故油压供油阀与回油阀均处于全关闭状态。22日至负荷调整失灵故障出现时机组已连续正常运行10天时间。

3 事故配压阀结构及工作原理

事故配压阀是一种二位六通型换向阀，用于水电站水轮发电机组的过速保护系统中。当机组转速过高，集成事故配压阀接受过速保护信号动作，其阀芯在压力油的作用下换向，将来至调速器油路切断，事故油系统中的压力油直接操作导叶接力器，紧急关闭导水机构，防止机组进一步过速，为水轮发电机组的正常运行提供安全可靠的保护。SGF-DN150事故配压阀内部结构示意图如图一（图中红色代表事故压力油，黄色代表事故回油，橘色代表机组调速器压力油）。

正常情况下，D1腔和D2腔均接通事故压油油源，D1腔直径为150mm，D2腔直径为105mm，由于D1腔的面积大于D2腔的面积。

F=P×S=2.5MPa×π×（D/2）2 （式中，F为推力；P为压力油压强；D为直径）。

FD1/FD2=（150/2）2/（105/2）2=2

因此，D1腔的推力是D2腔推力的2倍，阀芯在差压的作用下一直处于最右端的极限位置，即“复归”位，如上图所示。接通事故油压的A2腔、B2腔油口被阀芯堵住；A1腔与A3腔相通，B1腔与B3腔相通，导叶接力器由来至调速器的压力油控制。

当机组转速过高，单元机组LCU（计算机监控系统现地控制单元）将给事故配压阀“投入电磁阀”动作信号，“投入电磁阀组” 动作，D1腔接通排油，阀芯在D2腔压力油的作用下向左移动至极限位置，此时，接通主配的A1腔、B1 腔油口被阀芯堵住；A2腔与A3腔相通，B2腔与B3腔相通，导叶接力器关腔接通事故油压压力油，开腔接通事故油压回油管，导叶关闭，实现快速停机。

4 故障处理过程

4.1 原因分析

根据现象判断缘由是事故配压阀的阀芯发生位移，处于“动作位置”，切断了主配压阀与接力器之间的机组油源。又值事故油压系统卸压检修，致使导叶同时失去操作油源和事故油源，无法关闭和开启。

事故配压阀芯产生移位分析如下：

事故配压阀铸件技术要求为阀芯公差为φ150 h 6-0.012-0.032，阀套公差为φ150 h 6+0.0250 ，从其配合公差上可知，阀套与阀芯存在一定的配合间隙，加上多年运行磨损，各腔之间存在串油应是正常的。正常运行中事故油源是不参与调节，应是没有消耗的，在历史的运行经验中发现，事故集油槽的油量存在流失，而机组压油装置的集油槽油位却有升高的现象，这种现象说明事故配压阀存在串油（机组压油装置集油槽与事故集油槽之间没有其他通路），即事故压力油通过阀芯与阀套的间隙渗透到机组压油装置集油槽内。（见图1）

由于串油致使阀芯发生位移过程如下 ：B1腔的机组压力油通过阀芯与阀套的间隙向D3腔渗油，虽然D3腔与事故油压的回油管口A2腔相连，但由于事故油压的回油管出口阀门是关闭的，因此D3腔实际是个密闭腔。随着渗漏积累，D3的压力逐步增大。同时虽然D1腔是与事故油压的压力油管相通，如果事故油压的压力油管阀门存在泄漏，D1 腔实际上与大气是相通的。满足了D3腔压力增大，D1腔泄压的条件，在D3腔压力的推动下，阀芯向左运动。当然，这个过程是缓慢的，阀芯在最右端至B1腔油口完全被封堵之间有60mm的行程，在主配开启腔A1和关闭腔B1的油口完全被堵住之前，调速器尚可调整机组负荷，只是调节的速率变得缓慢而已。当主配开启腔A1和关闭腔B1的油口完全被堵住之后，调速器就不能调节机组负荷了。

4.2 故障处理

由于机组处于并网发电状态，导叶又无法调整，此时如果机组或近区电网发生事故，机组出口开关跳闸，机组将发生飞车事故。因此必须予以高度重视，尽快消除该严重的状态。

由于本电厂未设快速事故闸门，关进水口闸门需要利用坝顶门机，此过程时间长工作量大。现场考虑事故压油系统检修已基本完成，只是事故集油槽清扫刷漆后的干燥时间略短，但已经可以注油投入运行。因此，采取恢复事故压油系统运行的办法消除机组失控状态。具体方法为：

1、恢复事故压油控制系统；

2、安排工作人员将事故配压阀“复归电磁阀阀芯”压下；

3、缓慢打开事故油路阀门；

4、事先安排中控室运行人员监视机组有功。一旦有功接近零，运行值班员直接手动操作机组出口断路器分闸。

根据预想，上述1～3步操作可以使事故配压阀阀芯回到复归位置，机组恢复到可控的正常状态。实际过程出现了导叶关闭情况，即事故配压阀未立刻恢复到复位位置。由于做好了异常关机的预想和措施（上述第4步），最终保证了机组正常的停机。停机后，对事故配压阀进行了操作检验证明工作正常后，机组立即恢复了正常运行。

5 预防对策

在水电厂实际运行中，事故压油系统技改、维护在所难免。为了防止出现事故配压阀阀芯发生位移导致导叶失控现象，在事故压油装置泄压退出运行的情况下，运行机组事故配压阀的进出口阀门应保持打开状态，在自然渗透的情况下事故配压阀的D1、D2、D3腔均无法建压，可以消除因串油引起事故配压阀阀芯位移的隐患。

参考文献

[1] DL/T 710-1999 水轮机运行规程，国家经济贸易委员会

[2] DL/T5081-1997 水力发电厂自动化设计技术规范，水利部北京勘测设计研究院浮石水电厂调速器安装技术说明书