丹江电厂一起调速器故障处理

2018-01-04徐国盛段清川罗俊凯

湖南水利水电 2017年6期

徐国盛郭娅段清川罗俊凯

（1.湖北省汉江水利水电（集团）有限责任公司丹江口水力发电厂丹江口市 442700；2.湖北省汉江水利水电（集团）有限责任公司水电公司丹江口市 442700；3.湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司长沙市 410014）

丹江口水力发电厂共装有6台150 MW水轮发电机组，1968年10月1日，丹江口水电厂首台机组投产发电，6号机组于1973年10月投产发电，机组形式为立轴全伞式。随着南水北调中线水源工程丹江口大坝加高后，大坝由初期正常蓄水位157 m，将提高至170 m，由于大坝加高后水头增高，为适应水力参数的变化，水轮机要做相应的改造。2007～2013年，电厂对5台水轮机和发电机进行适应性改造，其中6号机组于2013年进行完水轮机及调速器改造。改造后水轮机型号：HLF211AO-LJ-595，额定出力170.25 MW，额定水头63.5 m，额定流量301.4 m3/s。调速器为双冗余比例伺服阀式全可编程水轮机调速器，型号：WDT-150，主配压阀活塞直径150 mm，接力器活塞直径750 mm。丹江电厂每台机组均有一套油压装置，包含油泵、压油罐、集油槽、漏水泵等组成，两台油泵互为备用，供油量10 L/s。6号机自21世纪初，油压较其它机组下降较快,压油泵启停频繁。特别是2013年水轮机和调速器改造之后，压油泵启停更加频繁。

1 情况简介

丹江电厂调速系统额定压力为2.5 MPa，油泵启停压力设定分别为2.3 MPa和2.5 MPa。正常情况下，油泵启动时间间隔一般在（40～90）min之间，但6号机调速系统于2000年开始出现油压下降较快现象，压油泵启停较其它机组频繁，一般为其它机组3～4倍频次。电厂利用机组检修时间，对6号机调速器及其它设备进行检查，并更换了事故配压阀活塞，但未有好转现象。特别是2013年水轮机和调速器改造后，随着水位升高，发现6号机调速系统压力下降变快，压油泵启动更加频繁。2013年7月19日3时许，运行发现6号机调速系统压力下降较快，压油泵约1 min启动一次，调速器机柜内有较大油流声。测量压油罐罐体油温达到51℃，油泵出口温度60℃，已超出国标 GB/T 9652.1-2007使用油温（10～50）℃范围要求，由于调速系统压力无法保证长时间保持，造成机组被迫停机。停机后将机组进水口快速门落下，对调速系统进行了全面检查，包括液压平衡试验、液压随动试验、压油泵安全阀动作试验、机组无水模拟开机等试验，均未检查出原因。

2 故障分析

2.1 试验情况

由于调速系统压力油通过管道内部封闭流动，外部无法直接观察流向及流量，且调速系统结构复杂，设备较多，主要包括辅助配压阀、主配压阀、事故配压阀、分段关闭阀、接力器、压油泵、压油罐、阀组、接力器锁锭、技术供水操作液压阀等，分析排除工作困难，只能通过间接方法测量分析。

技术人员首先全面检查了系统各管路无漏油漏气情况，调速系统自动、机械零点飘移均符合要求，因此初步判断为内部漏油。随后对调速系统进行了大量试验，现将试验检查情况详述如下：

（1）在停机状态时，测量压油泵启动时间间隔30 min，而其它机组则大于2 h。

（2）在无水状态时，在各导叶开度下，接力器无位移，压油泵也无频繁启动现象，且调速系统可长时间保持压力不下降。

（3）在无水状态下，将导叶全开，并保持调速器手动操作在开位（即接力器开机腔保持压力），记录油泵启动时间间隔3 min。

（4）2014年10月份当水头达到70m，机组负荷在150 MW万以上时，油泵（7～8）min 启动一次，负荷在（70～80）MW 时，油泵（3～5）min启动一次，而其它机组油泵启动时间间隔均为（1～2）h。

（5）将调速器切手动后，观察接力器有较快回关现象，8 min后，机组负荷由169 MW溜至110 MW，用百分表测量引导阀只有0.10 mm行程，压油罐压力由2.5 MPa降至 2.4 MPa。

（6） 2015年 6月 4日，试验 5、6号机组在手动状态下机组负荷及导叶开度变化情况。手自动切换时负荷均为150 MW，记录时间8 min。用百分表测量5号机调速器引导阀上移0.1 mm，机组负荷长时间基本无变化，导叶开度由切换前的60.7%，变化为60.19%，变化率0.5%。6号机调速器引导阀上移0.1 mm，机组负荷由切换前150 MW，变为137 MW，导叶开度由切换前的62%，变化为53.5%，变化率8.5%。详见表1。

（7）用红外测温仪测量调速系统油管路外表面温度，以此辅助判断系统油内部流向。经测量压油罐温度36.4℃，主配至事故配压阀开机侧油管温度36℃，主配至事故配压阀关机侧油管温度33.4℃，事故配压阀至集油槽回油管温度36.2℃。详见附图。

表1 5、6号机导叶开度变化统计表

附图 6号机调速系统油管路温度分布图

（8）为进一步分析调速系统油管路内部油流情况，使用外夹式超声波流量计对调速系统油管路流量进行了监测。详见表2。

表2 调速系统油管路流速统计表 mm/s

2.2 原因分析

（1）根据上述1、2、3现象，从调速器原理来看，主配漏油可能性小。因为，对调速器机械部分或主配压阀来说，它自身是不认机组开度的，如调速器有问题，应该是不论在什么开度，和不论是动态还是静态，都会有同样的表现。且在上述现象时，主配压阀和接力器都没有运动。再者，如果是主配间隙过大，那么，也会是不论在什么开度，不论是动态还是静态，都会有同样表现。

（2）根据上述4现象，事故配压阀和接力器漏油可能性较大。因为从水轮机导水机构操作力矩计算书中可以看出，机组在低负荷时导水机构为关力矩，为保持接力器不动，接力器开腔需保持有一定压力，即开关机腔有压差，因此怀疑压力油从事故配压阀回油管流回集油槽，或接力器前后腔窜油。

（3）根据上述5、6现象，事故配压阀和接力器漏油可能性较大。因力，调速器切手动后，引导阀只有0.1 mm行程，未达到0.15 mm调速器引导阀死区，且8 min时间里，压油罐压力只下降了0.1 MPa，因此，压力油可能从接力器前后腔窜油，或是事故配压阀活塞处窜油。

（4）上述7、8现象，从油管温度测量和油管中油流流速数量可以看出，事故配压阀漏油可能性较大。因为，从油管路温度图中看出事故配压阀回油管温度较高，与压油罐本体温度一致，正常情况下，该油管中无流动油，温度应与室温相同。且根据流量计测量，该油管中存在油流动情况，属非正常情况。

综上所述，事故配压阀内漏可能性较大，原事故配压阀为滑阀式结构，活塞与衬套靠间隙密封，当该间隙变大时，压力油从活塞与衬套间隙回流至集油槽，造成调速系统油压下降较快，压油泵启停频繁。且水轮机改造后，活动导叶进行了更换，叶型由负曲率变为正曲率，水轮机水力矩较改造之前增大，为克服水力矩，需接力器和事故配压阀开机腔有一定压力，因此，增大了事故配压阀内漏现象。

3 故障处理

经过分析找出故障原因后，电厂更换了新事故配压阀，新阀选用液压集成插装事故配压阀，该阀的阀塞和阀套采用锥面密封，故与传统的事故配压阀的滑阀结构靠间隙密封相比漏油量小，减小了压油系统漏油量。经过6号机长期运行发现，压油泵由原来7 min启动一次，增大到158 min启动一次，除降低了厂用电损耗，延长了设备使用寿命，还避免了机组被迫停机事故，大大提高了设备运行可靠性，保证了电厂安全发供电。