抽水蓄能电站关键自动化元件分析

陈 新

（江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳213334）

1 引言

溧阳电站共6台单机容量为250WM的机组，从基建期至今，广泛应用于电站机组过程控制、运行监视及故障告警中的机组自动化元件，由于外围环境差、产品选型不合适、产品设计缺陷、安装维护工艺不规范、检修校验质量不合格等因素，自动化元件在长期运行过程中，出现拒动、误动、定值漂移、易损等问题，一直影响着机组启停成功率，为提高机组运行可靠性，需要抓重点、分级别、保质量地管理厂内自动化元件。

结合历史开停机失败记录、监控顺控流程，分析自动化元件故障致开停机失败的原因，归纳总结出影响机组启停的关键自动化元件，完善全厂自动化元件台账，按照技术规范对关键自动化元件进行重点分析和管控，便于有的放矢地维护、检修、校验，同时，结合参数定值整定及自动化系统设备改造等措施，提高设备可靠性。

2 关键自动化元件的问题简述

2.1 压力开关

调速器和球阀压力油罐的雅斯科压力开关，在长期运行、检修校验安装完后，上位机出现压力过高、过低报警误报，致使机组无法恢复至停机稳态；启机过程中，监控发令置水轮机工况时（发电工况为ON，水泵工况为OFF），电磁阀动作正常，但工况转换反馈用的雅斯科压力开关异常，导致机组启机流程失败。

2.2 大轴蠕动装置

目前厂内使用的大轴蠕动检测装置由于产品质量欠佳导致缺陷频发，2018年全年蠕动检测装置共计发生8次缺陷。蠕动装置缺陷大致可以分为3种情况：①因磁性行程开关磁铁脱落导致装置投退信号异常；②因投退腔内部卡涩导致装置投退异常；③因运动机构变形导致蠕动信号异常。当装置发生第1、2种情况时直接影响机组启机流程，为I类缺陷。

2.3 水头传感器

机组在运行过程中，调速器系统出现水头测量值突变，超出量程，造成调速器故障报警，现场更换调速器电气柜内模拟量隔离器后，测值恢复正常；机组空载态转并网发电时，调速器电气柜水头测值与实际水头差值相差较大，导叶在高水头对应的空载开限作用下，转速达不到额定值，现地将传感器排气后，测值接近实际值，更换传感器后，测值恢复正常；部分机组在更换水头传感器无效后，将空载开限值提高1%的开度后，成功并网发电。

2.4 主配位置传感器

机组空载态导叶开度异常且无法稳定，停机后重新标定，导叶给定和反馈仍存在一定偏差，检查为主配平衡补偿值发生变化，现场重新做试验后，将此值由-0.1调整为0.5后，导叶开关试验正常。机组停机稳态时，调速器电气柜偶报主配超量程报警，导致大故障，且故障无法直接从电调柜复归，将电调柜控制回路断电重启后，主配超量程报警未复归，现地检查主配传感器接线及固定螺栓，紧固无异常，重新标定主备用主配行程，信号复归。

2.5 调速器液压隔离阀

机组启停过程中，调速器油罐液压隔离阀的开启关闭，会影响机组启停流程，现地检查隔离阀实际确已动作，但位置开关接点动作不正常，检查为位置开关紧固螺丝松动。机组停机过程中，流程走到“关闭调速器主轴隔离阀”，此时压力油罐压力低，调速器油泵启动补压，调速器液压隔离阀打开。补压完成后机组流程已走到停机成功，液压隔离阀已不具备关闭条件，导致机组不在稳态。修改PLC程序，当关隔离阀令下发后，立即关隔离阀停泵，优先于压力判断流程，目前6台机组已全部修改完毕，运行正常。

2.6 导叶位移传感器

6号机组滑环磁铁接头断裂，机组过速保护装置动作，后更换备件紧固螺栓，重新标定导叶。针对此缺陷隐患，联系生产厂家修改UPC冗余切换逻辑未果，现已改造6台机导叶反馈装置支架，延长拉伸杆的距离，调整支架长度重新焊接。其中1台机组在C修后由于延长杆跟球头连接使用了过期的螺纹锁固胶，致延长杆脱落，机组过速保护动作，现使用合格螺纹锁固胶固定拉杆两端及球头螺纹，同时使用金属速干胶封住连接部分。

2.7 转速测量装置

6号机组发电工况启动过程中，接力器主用位移传感器滑环接头断裂，导叶开度主用信号丢失（备用接力器位移传感器反馈正常），导致机组转速升至140%额定转速（时间大约为15s），机械过速保护装置动作，机组事故停机。ZKZ-5转速装置J12继电器（定义电气二级过速，设定值128%Ne）未开出信号至监控。

2.8 调速器工况转换电磁阀、球阀工作密封电磁阀/配压阀等

调速器及球阀系统的液压阀组的运行直接影响机组的启停和负荷调节，调速器工况转换阀的置换失败、调速器事故配压阀退出时间长、球阀工作密封退出失败、球阀控制配压阀卡涩拒动等问题，都会造成机组启机和停机失败，一方面大型的配压阀组多为国产产品，其装配及现场安装工艺的因素会导致阀组运行的异常，另一方面一些控制类的电磁阀及配压阀，其加工精度高，阀芯腔体内间隙小，对油质要求高，工作中易出现卡涩拒动现象，同时现场油混水也会侵蚀阀组，使油乳化变质，均会造成阀组卡涩拒动或者内漏等现象。

3 关键自动化元件的原理分析和可靠性提升

3.1 压力开关

由于现有雅斯科B420B压力开关是机械式开关，在原有基础上已更换为带锁扣的压力开关，但仍出现定值漂移的现象。且在校验时发现，长期使用后其部分产品动作值与反馈值相差过大，为不合格品，需更换备件。同时压力开关在整定定值时，其动作值与旋转螺母的位置无线性关系，不便于定值整定。现拟选用其他品牌和型号的带开关量输出的压力变送器。

3.2 大轴蠕动装置

由于该装置材质强度不足，行程开关磁铁固定处螺纹出现滑丝，导致部分机组上出现磁铁脱落现象；可使用金属粘合剂将磁铁粘合固定作为临时应对手段。为防止气源中杂质进入装置内部，可在装置进气管路处增加一空气过滤器。运动机构长时间顶压大轴后发生变形，此缺陷无法通过后期技术手段修复，现拟调研其他厂家，更换其他品牌及型号的大轴蠕动检测装置。

3.3 水头传感器

调速器电气柜内使用模拟量隔离器为菲尼克斯的MCR-FL-C-UI-2UI-DCI和MCR-2CLP-1/1-00型号，该型号产品的接头是需要接在自带的转接头上的，可直接插拔使用，在长期运行时偶尔会出现插头松动，导致信号突变的问题，现拟改用MINI MCR-2-UNI-UI-2UI和MACX MCR-SL-2I-2IILP型号的模拟量隔离器，其功能与原产品一致，但接头为线端直接压接紧固的形式。现场使用的水头传感器为Sailsors的V6系列（量程为0～5MPa）差压变送器，差压变送器取源自蜗壳进口2处和尾水管出口4处，各取源口位置不同会造成压力不一致引起的测值波动，取源管拐角多且距离长，存在一定水利损耗，这些因素是不可避免的。尾水管出口取源端一直是带压的，但蜗壳进口取源端由于球阀在停机态时关闭，故蜗壳进口取源端无水压，会有空气进入管道，长时间运行会影响测值。目前已改用V10系列的产品，其测量精度更高，测值更加准确，定期还会对水头传感器进行排气处理，检修时拆卸进行管路冲洗。

3.4 主配位置传感器

现场使用的是Telemecanique的型号为XS4 P18AB120的接近开关，传感器固定在主配行程斜板上，主配上下移动时探头与斜板位置发生变化，传感器模拟量随之变化，若主配中间位或者探头的前后位置、挡板的位置发生变化，都会造成主配电气补偿值不满足当前状态，从而导致导叶调节异常及给定与反馈存在偏差。每次检修完之后，需要进行主配行程标定时，需在开度到位后立即进行标定，而不等到油压装置补至6.3MPa后再标定，否则会造成高压力下的行程被标定为临界值，因为正常停机时调速器系统压力值一般会低于6.3MPa，且停机状态下低于6.0MPa时不会自动补压，故需在行程到位后立即标定。

3.5 调速器液压隔离阀

隔离阀位置开关的动作是随隔离阀阀芯来回动作完成的，开关动作时震动较大，且原厂仅由两个螺丝两面固定，易松动脱落，现改造为增加弹簧垫片、垫圈，以及增加为双螺帽紧固，避免隔离阀开关时震动引起开关紧固螺丝松动，长期观察，未再发生位置开关接点动作不正常现象。调速器压力油罐压力低于6.0MPa后，油泵启动打压，正常情况下，压力至6.3MPa后停泵，现已修改6台机PLC程序，当收到关隔离阀命令后，油泵立即停止运行并卸载，再关闭隔离阀，不再打压至6.3MPa压力后停泵。

3.6 导叶位移传感器

溧阳电站采用MTS的RPS系列的导叶位移传感器，传感器将接力器行程（即导叶开度）反馈至调速器UPC中。导叶位移传感器的滑环拉杆部分，与接力器活塞杆上的固定支架孔高度不一致，导致传感器滑环接头长期受力，存在接头断裂的风险，影响机组安全、可靠运行，现延长滑环磁铁接头长度，增加可活动接头，扩大延长杆的可活动范围，避免接头受力，同时调整固定支架高度，确保挡板和接头在同一水平面上。现计划修改调速器UPC导叶给定和反馈偏差报警的延时（35s），同时增加开度信号。

3.7 转速测量装置

ZKZ-5转速装置的电气二级过速为128%Ne，在监控流程设定为事故启动源，但此次机组过速，该接点未及时动作，导致机组升速至140%额定转速。因为过速信号继电器（设定值128%Ne）必须检测到频率信号在中心频率，并有3s左右延时，当转速达到设定值，继电器才会动作开出信号。现修改为115%Ne和128%Ne的报警开出信号，需要机组转速正常上升，经过（90%～95%）Ne的升速信号后，再上升至一级、二级报警后才报警开出。

3.8 调速器工况转换电磁阀、球阀工作密封电磁阀/配压阀等

现场使用的液压电磁阀均为力士乐品牌的产品，其动作可靠性高，但对油质要求较高，由于阀芯内壁与阀芯间隙小，可防止阀组内漏、动作时油路串腔，但油质内含杂质时会刮伤内壁产生刮痕与毛刺等情况，形成卡涩拒动、误动现象，降低阀组可靠性。安装油箱的在线滤油装置，定期使用真空滤油机过滤油库的油，提高油品质量，定期取样化验透平油质，随检修拆卸检查阀芯，清理管路内杂质与油泥。

4 结论

自动化元件及装置主要用于机组开机、运行、停机、备用、事故停机及事故报警，涉及机组设备温度、转速、液位、物位、压力、液体等变量的显示、测量、控制等，元件数量庞大且所涉及的专业面较广，需要依照关键性和可靠性进行重点管理，严把备件产品本身的质量，把控元件现场安装的工艺要求，改善元件运行的环境，根据元件分级台账，定期对元件进行检查和校验，根据元件使用时间及寿命，定期随机组检修进行元件更换。针对部分安装和校验工艺复杂的自动化元件，还需继续完善安装校验工艺卡，规范校验流程，编写相应的试验步骤及方案，确保投运的设备正常使用，其参数及设置符合现场实际情况和定值标准，同时，加强校验和安装、试验人员的学习培训，确保工艺流程及标准能完整地实施，提升自动化元件的运行可靠性，提高机组启停成功率。