挂治水电厂1号泄洪弧门故障诊断与处理

李 伟，叶江宁，卢建卿

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙410004）

0 引言

水电厂泄洪设备安全、可靠的运行，是保障大坝安全度汛的决定性因素，因此电厂每年汛前都会对泄洪设备进行定期检修和维护。挂治电厂泄洪弧门投产于2007年，随着弧门设备元器件的逐步老化，在年度例行检修和调试过程中发生过一系列缺陷，导致弧门不能正常运行。

2012年，检修人员在泄洪弧门的检修调试过程中发现1号弧门在停止开启或停止关闭的瞬间，门体会出现向左侧倾斜的现象，导致弧门侧水封挤压变形严重；2014年发现1号弧门左、右油缸启闭弧门时不同步，弧门启闭过程中出现爬行现象，启闭速度异常缓慢，2015年检修时发现1号弧门启闭机液压系统振动噪音过大，启门时有杆腔压力下降，弧门不动作。由于泄洪系统对大坝安全至关重要，因此汛前迫切需要解决影响弧门正常运行的一系列故障。

本文针对挂治电厂1号泄洪弧门检修调试过程中出现的液压系统振动、噪音过大，门体倾斜，两侧油缸运行偏差大等故障，详细介绍了其诊断和处理过程，可为水电厂同类型弧门及液压系统的故障诊断分析提供参考。

1 设备概况

挂治电厂挡水建筑物洪水标准按50年一遇设计，设计洪水位323.52 m；500年一遇校核，校核洪水位326.46 m。泄水建筑物为5孔表孔溢流，单孔净宽18 m，底宽35 m，堰型为WES型实用堰，每孔设有18.0 m×17.7 m的弧形工作闸门，弧门为液压启闭机控制（启闭机液压系统图见图1），启闭机液压系统由高压柱塞泵组、液压控制阀组、液压缸、油箱总成和管路系统等组成，启门工作时，由油泵电动机组提供高压油，经过控制阀组进入油缸有杆腔执行开门动作；闭门工作时，油泵电动机组提供打开缸旁阀块组液控单向阀（图1中㉑）的控制油，闸门靠自重执行关门动作。缸旁阀块组用来保证弧门锁定在一定位置和防止高压胶管破裂事故。

表1 启闭机技术参数表

2 发现的故障及其诊断处理

2.1 弧门停止启、闭门瞬间门体左倾故障

2.1.1 故障现象

弧门在任意位置停止后左岸侧油缸活塞杆下滑，门体侧水封挤压严重。

图1 1号泄洪孤门启闭机系统液压原理图

2.1.2 分析与处理

挂治水电厂泄洪弧门闭门力为弧门自身重力，门体能够在任意位置停止而不下滑，主要依靠缸旁阀块组上的液控单向阀来实现。当液控单向阀控制油路无压时，其仅具有单向阀的液压锁定作用，主油路不通致使油缸有杆腔被保压，弧门便停在该位置。

（1）可能的原因

1）液控单向阀阀芯弹簧永久变形。一般的，液控单向阀阀芯在关闭位置时其弹簧处于压缩状态，若弹簧材质存在缺陷或压缩量超过弹性极限，经过长时间压缩会发生永久性变形，使弹簧在自由状态下阀芯亦不能关闭，液压锁定性能变差。此时可对阀芯弹簧根部进行适当加垫，以抵消其多余变形量。

2）液控单向阀阀芯卡死。若油液污染严重，未能滤去的颗粒杂质较多，可能导致液控单向阀阀芯卡死在开启位置，液控单向阀即失去液压锁定性能，需将阀体拆解清洗。

（2）处理过程

停止闭门操作的同时手动关闭液控单向阀，控制油路供油高压球阀以切除液控单向阀控制油源，此故障依然存在，因此1号弧门停止启、闭门瞬间门体左倾故障与控制油源无关。拆除左岸侧油缸液控单向阀并对其进行解体清洗和加垫调整，装复后进行调试，故障并未消除。又将左、右两缸的液控单向阀进行互换，调试后发现闸门停止后变为向右倾斜，因此可确定为左岸侧油缸液控单向阀液压锁锭性能差。遂联系厂家设计人员到现场共同查看，检查发现该阀内部阀芯为分体结构，动作反应时间偏长，长时间使用后其普遍存在开启压力值偏小的问题，为淘汰产品。厂家设计人员建议将单向阀更换为较先进的AGRLE-10型液控单向阀，该阀内部阀芯为整体结构形式，开启压力值对比原型号阀组也将增大一倍（增大后开启值在设计范围内），但因阀体安装接口尺寸变化，需加工过渡阀块（过渡板）连接液控单向阀和缸旁阀座。更换新型号液控单向阀后调试过程中弧门停门时未出现左倾现象，1号弧门停门时左倾故障消除，故障点确认为液控单向阀。

2.2 启、闭门时同步故障

2.2.1 故障现象

无论右岸侧油缸调速阀（图1中⑬）处于何种开度值(开度值调节范围0～10 m)，其动作速度总慢于左岸侧油缸，致使左、右油缸严重不同步，启门时弧门右岸侧水封挤压变形严重，闭门时弧门左岸侧水封挤压变形严重，若要保证正常纠偏，必须将左岸侧油缸速度尽量减小（调速阀开度为“1”～“3”），但启、闭门速度无法达到设计要求（2 min/m），门体出现爬行现象。

（1）启门过程（手动操作弧门从全关到检修位置）

1）按照现场调试实际情况，将调速阀开度值调整为右侧油缸“8”，左侧油缸“1.2”，启门过程中，弧门开度0～2 m纠偏阀（图1中⑮）无动作，左右速度正常。

2）弧门开度为2～5 m时，需将左侧调速阀开度值调至“3”（右侧调速阀开度值“8”）才能正常启门，左侧速度快，启门时间为5 min/m，在弧门开度为5.8～6.8 m时，速度变慢，启门时间7 min/m，弧门开度为6.8～8 m时，速度越发缓慢，时间超过15 min/m。

3）鉴于门体动作极其缓慢，将调速阀开度调整为右岸侧油缸“8”、左岸侧油缸“5”，弧门开度在8～10.5 m时，启门速度为7 min/m。

4）弧门开度为10.5～11.5 m时左侧油缸速度相对较快并超出纠偏阀纠偏能力，水封挤压严重，保持右岸侧油缸调速阀开度不变，将左岸侧油缸调速阀开度调整为“4”，启门时间7.5 min/m。

5）弧门开度为12～13 m时，启门时间5.5 min/m；弧门开度为13～14 m时，启门时间9.4 min/m。

6）弧门开度至15 m（全开位置）以后启门至弧门检修位置（左：16.676 m，右 16.641 m）。

（2）闭门过程（弧门从检修位置到全关）

1）手动闭门至弧门开度15 m以下，之后进行自动闭门，15～13 m时左侧油缸速度快，需将左侧油缸调速阀开度值调至“1.2”，右岸侧油缸调速阀开度值仍旧保持在“8”，手动调节左侧有杆腔进油高压球阀以加强纠偏方可闭门，闭门过程中左侧有杆腔压力为10.5 MPa，右侧有杆腔为2.5 MPa，闭门压力为0.4 MPa，系统压力为7 MPa。

2）弧门开度13～6 m时仍需手动调节左侧有杆腔进油高压球阀来加强纠偏。

3）弧门在开度6 m以下无需手动纠偏辅助，弧门开度6～0 m，左侧有杆腔压力为10 MPa，右侧有杆腔为2.4 MPa，闭门压力为0.3 MPa，系统压力为7 MPa。左侧速度稍快，但可自动闭门。

2.2.2 分析与处理

双缸启、闭门同步功能，主要通过流量调速阀分别控制两只油缸的进油量，如果两只油缸在运行中产生了偏差，行程检测装置将发出偏差信号，纠偏阀相应的电磁铁得、失电，把相对快速的油缸进油量泄掉一部分，从而控制动作速度，进行纠偏。根据纠偏原理可知，纠偏阀动作之后会对启、闭门速度产生一定的影响。弧门两侧油缸动作不同步，会使门体倾斜，导致弧门与门槽发卡，严重时会损坏设备。

（1）可能的原因

1）液压油油温过高。液压油油温长期过高，会使油液变质产生胶质物质，粘在阀芯表面，引起阀芯移动困难甚至卡住不动；由于系统各电磁阀阀体孔与阀芯间隙很小，油温升高后，阀芯膨胀卡入阀孔内，也会导致卡死。

2）液压油存在杂质。电磁阀属于精密部件，其阀芯与阀孔配合间隙很小，液压油中的颗粒杂质极易卡死电磁阀阀芯造成电磁阀失效。

3）拉线传感器故障。油缸位移信号依靠拉线传感器来产生，而位移信号是纠偏阀动作的重要依据，若拉线传感器不能反映活塞杆实际位移，势必导致弧门非正常纠偏，左、右油缸不能同步。

4）纠偏阀故障。纠偏阀在调整弧门左、右油缸同步运行过程中处于主导地位，由于其存在故障会直接导致启、闭门时同步故障。

5）调速阀调整机构脱扣。调速阀的截流作用是影响油缸动作速度的关键因素，调速阀调整机构脱扣，会使其截流量无法调节，实际开度与表盘显示刻度不符，若此时该阀实际开度处于较小位置，则该阀对应油缸动作始终缓慢，单个油缸无法满足弧门设计速度的要求，若正常启闭门，必须强制拖缓另一侧油缸运行速度（如将调速阀开度调小），以适应纠偏阀的纠偏能力。此时需对调速阀进行处理或更换调速阀。

6）油管存在漏点或油路不畅。油管有漏点会使油压明显降低，油路不通畅也会产生截流作用，使对应油缸运行速度缓慢且无法调节，拖慢另一侧油缸并产生同步故障。造成油路不畅的原因有管路异物堵塞、油管变形、阀门未全开等，需逐一排查。

（2）处理过程

1号弧门液压启闭机使用46号抗磨液压油，按要求实行每半年过滤一次（过滤精度≤25 μm），每2～3年更换一次。对回油箱内抗磨液压油进行抽样化验，油质合格。

调试过程中监视油温变化，弧门从全关到全开油温最高升至52℃（油温过高报警为60℃），则油温未出现异常过高现象。

操作自动启门，当左、右侧油缸不同步时观察控制柜内左侧油缸纠偏信号灯点亮（左快右慢），纠偏信号侦测正常。关闭左、右油缸有杆腔供油管高压球阀及液控单向阀控制油路高压球阀，手动启泵后操作启门，观察系统油压压力表读数与左、右油缸油压读数（启闭机控制柜显示屏上）相同，手动操作纠偏阀左纠偏，观察发现系统压力、左/右侧油缸压力读数略有降低（3 MPa左右），同时左油缸压力低于右油缸，确认纠偏阀左纠偏已动作，手动右纠偏与之相反。以上过程可判断纠偏阀工作正常。

分析调试结论可知，弧门动作时直观的现象为左岸侧油缸速度过快，为检验调速阀性能，将左、右调速阀互换位置，调试结果显示故障情况无改善，将两块调速阀整流板（图1中⑬）互换后再次调试，结果亦然，因此排除调速阀处故障。

经分析右岸侧油缸动作缓慢根本原因为供油流量过小。检修人员在机房内观察到闭门时右油缸有杆腔压力仅为2.5 MPa（左油缸有杆腔为10 MPa左右），怀疑是油路有异物堵塞或油管存在漏点，导致压力损失，致使机房内压力测点处压力过低。

在弧门开启过程中，对右岸侧油缸各管路及油缸旁阀块组进行检查，确认无泄漏点存在。考虑到缸旁阀座与液控单向阀之间的连接过渡板为后期加工部件，其内部控制油孔加工较深且孔径小，如若加工不到位容易出现油路故障，遂拆除该过渡板，对其内部进行检查，发现由于加工原因（图2中Q点位置）导致其内部油路不畅。控制油不能使右岸侧液控单向阀完全打开从而阻碍右侧有杆腔正常供油。更换过渡板后进行调试将左、右油缸调速阀开度分别为“4”、“7”，记录启门速度为2 min/m 且弧门动作全行程可实现无发卡；通过调节插装阀（图1中㊱、㊲）开度调节螺栓将闭门速度调至2 min/m，闭门时左岸侧油缸有杆腔压力为10 MPa，右岸侧油缸有杆腔压力为9.8 MPa，闭门动作正常，1号弧门同步故障消除。

图2 液控单向阀过渡板加工

综上所述，1号弧门启、闭时，左、右油缸动作不同步的原因为右岸侧油缸缸旁阀块组过渡板加工缺陷使液控单向阀控制油路阻塞，右岸侧液控单向阀未完全打开导致主油路过流量减小、油缸动作缓慢，左、右油缸速度偏差较大且超出纠偏阀纠偏能力，并引起弧门整体动作缓慢、爬行等现象。

2.3 液压系统振动噪音过大

2.3.1 故障现象

油泵加载后系统振动剧烈，油泵噪音过大。

2.3.2 分析与处理

（1）可能的原因

1）油泵未延时加载、延时关闭。油泵启动时在没有充分润滑、没有形成油膜的情况下便立即加载，会造成油泵配油盘、柱塞滑履、斜盘磨损严重，伴随的现象便是油泵振动和噪音过大。应按照液压启闭机安装、使用和维护说明书中的要求，修改油泵启动PLC程序。

2）回油滤芯堵塞。油压升高后，回油油路堵塞会引起油管共振，系统振动加剧并引起噪音过大。清洗滤芯或更换备品可解决此问题。

3）卸荷启动电磁阀卡死。根据系统液压原理图（图1），若卸荷启动电磁阀（图1中33.3）在油泵加载后阀芯未完全复归，压力油会经过卸荷电磁阀中的微小间隙流入回油箱并引起强烈共振。针对此情况，需将卸荷启动电磁阀拆解清洗或更换新阀以排除故障。

（2）处理过程

1号弧门自动启、闭门时发现油泵卸荷启动与加载的时间间隔太短（5 s），设计值为8 s，弧门停止动作时油泵也一并失电无延时致使油泵频繁受到冲击。修改PLC程序，使卸荷启动与油泵加载的时间间隔延长至8 s，停止启、闭门后油泵延时8 s关闭，液压系统振动及异响有明显改善。将回油过滤器滤芯拆除后，自动启、闭弧门，液压系统异常的震动及噪音消失，更换新的回油过滤器滤芯，自动启、闭弧门液压系统恢复正常。

由此可知，液压系统震动噪音过大的主要原因为回油过滤器滤芯堵塞。

2.4 弧门无法动作

2.4.1 故障现象

操作启门按钮后弧门无法动作。

2.4.2 分析与处理

开启弧门需依靠液压站提供压力油源；弧门关闭则借助液压站压力油将左、右侧油缸液控单向阀打开，有杆腔接通无杆腔，弧门靠自重实现关闭。

（1）可能的原因

1）卸荷启动电磁阀卡死。油泵采用卸荷启动方式，启动时卸荷电磁阀打开，将油泵出口接通回油，油泵工况满足工作条件后卸荷电磁阀复归实现加载。若卸荷电磁阀卡死后不能复归，会使油泵持续泄压，系统压力不满足启、闭门条件，弧门无法动作。需对阀体进行拆解清洗，必要时更换新阀。

2）电磁换向阀未动作。根据系统液压原理图（图1），弧门开启时，电磁换向阀㊳YV6得电使插装阀㉞上腔控制油路接通回油后主阀打开，同时电磁阀YV1得电，使油泵开始对油缸有杆腔进行打油系统建压；弧门关闭时，电磁换向阀㊳YV5得电使插装阀㊱上腔控制油路接通回油后主阀打开，同时电磁阀YV2得电使控制油路建压，打开液控单向阀，闸门自重作用下，有杆腔油回到无杆腔。电磁换向阀不动作会直接引起弧门无法启、闭。

3）溢流阀卡死。为避免系统油压过高对设备造成的损害，启、闭门油路中都设置有溢流阀，当油压超过其整定值时溢流阀打开，压力油经溢流阀泄入回油箱。若因门体卡顿使系统短时超压，则溢流阀动作泄压，系统压力被迅速降低，而溢流阀卡死后不能复归会导致系统压力持续不足，使弧门动作过慢甚至无法动作。

（2）处理过程

操作自动启门，油泵加载后观察弧门启闭机控制柜内YV6、YV1动作指示灯均已点亮，实际检查电磁换向阀均已动作，排除电磁换向阀故障的可能。通过压力表观察系统启门压力仅为4.3 MPa（设计值为18 MPa），此现象与溢流阀开启泄压时一致，遂拆卸系统启门溢流阀，解体清洗并装复，调试后发现故障已消除。

由此可知，操作启门按钮后弧门无法动作故障系启门过程中门体卡阻导致系统超压，溢流阀动作后卡死不能复归，系统油压过低造成。

3 结语

本文总结了挂治电厂1号弧门历次故障诊断处理的过程，通过现场调试结果来分析和验证，成功解决了弧门停止动作时左缸下沉致门体左倾、油缸运行不同步、系统振动及噪音过大、弧门无法动作等一系列故障，通过原理分析列举了多种可能引起故障的原因，逐层排查，将非故障点一一排除以达到缩小诊断范围的目的。泄洪弧门液压启闭机系统结构复杂，引起弧门无法正常运行的原因也难以排查，正确掌握弧门故障诊断的思路和方法可有效提高消缺效率，避免汛期因弧门无法正常运行而对大坝或厂房安全造成威胁。

参考文献：

[1] 常州液压成套设备厂有限公司. 挂治电厂溢洪道弧门液压启闭机安装、使用和维护说明书[Z], 2005.

[2] 挂治水力发电厂. 挂治电厂泄洪弧门液压启闭机检修规程[Z], 2013.

[3] 国家质量监督检验检疫总局. GB/T3766-2001液压系统通用技术条件[S], 2001.

[4] 国家能源局. NB/SH/T 0599-2013 L-HM液压油换油指标[S], 2013.

[5] 国家质量监督检验检疫总局,国家标准化管理委员会.GB/T14627-2011液压式启闭机[S], 2011.