浅析水电站调速器液压系统内漏诊断与处理

段水航

(中国长江电力股份有限公司向家坝电厂，四川 宜宾 644612)

巨型混流式水轮发电机组机械部分主要由水轮机、发电机、调速器三部分构成，其中调速器液压系统为控制机构，它主要由油压装置系统、主配压系统、事故配压系统、分段关闭系统及接力器组成，通过这些子系统的相互协同运作，实现了机组开停机、负荷调节等操作(见图1)。调速系统作为水轮发电机组控制系统的“心脏”，全面控制机组运行，保证输出电力负荷的稳定性。其功能主要有：在单台机组运行时用来维持机组转速的恒定(频率调节模式)；承担机组启动、停机、并网和增减负荷等操作；在并网运行时，按有差特性承担系统的负荷，实现按功率调节、开度调节、频率调节、水位调节模式运行；是水电站与机组的安全监控系统的执行装置之一，事故时通过紧急停机电磁阀或事故配压阀快速关闭导叶切断水流，使机组紧急停机或事故停机，保护机组及电站厂房的安全。

1 水电站调速系统内漏情况概述

国内某巨型电站调速器油压装置系统由3台大油泵和1台小油泵共同提供压力油源，机组正常运行情况下，当系统油压低于6.15 MPa时，小油泵启动为系统充油补压至6.3 MPa；机组备用期间，当压力油罐油压低于5.9 MPa时或压油罐油位小于1 635 mm，大油泵启动为系统充油补压至6.3 MPa。机组备用期间，调速系统内漏量和压油泵启动频次直接相关，并成正比。

2017年3月至5月间，某机组调速系统小压油泵加载时间间隔由50 min减小到18 min，每次加载时长从5 min增加到7 min，加载时间间隔呈逐渐缩短趋势；机组停机备用期间，调速系统大泵启动加载时间间隔由24 h减小至1.2 h，自启能使时间间隔亦呈逐渐缩短趋势。

两种情况均可表明调速系统内漏情况的恶化：①机组正常运行时，小油泵加载时间间隔缩短、每次加载时长延长；②机组停机备用期间，自启使能间隔时间缩短。

图1 混流式水轮发电机组调速系统概览图

2 水电站调速系统内漏危害

水电机组调速器液压系统漏油有外漏和内漏两种情况。外漏主要是油管破裂、接头松动、紧固不足等情况造成的，只需运行维护人员在机组状态条件允许的情况下，做好安全保证措施即可处理；而内漏主要是液压系内部串联、并联的球阀、主配压阀、液压插装阀、接力器等设备内部零部件或密封老化、损坏造成的，往往比较隐秘，不易被发现，需要完整的试验流程，甚至借助超声波流量计等仪器进行检测，才能够准确查找和排除。调速系统内漏的危害主要有：

1)停机备用状态下，调速器液压系统自启使能时间间隔缩短，压油泵启动频繁，油泵机械部件磨损加剧，造成轴承发热严重、振动噪声增大等问题；

2)调速系统油温上升，油品黏度降低，进一步加剧液压系统内漏情况，形成恶性循环；

3)压油泵启停频繁，导致联轴器弹性体破损，油泵无法运转，影响调速系统安全稳定运行，甚至可能造成机组非计划停运；

4)调速系统油温长期维持在45℃以上，油品加速老化、劣化，调速系统液压元件内部油泥产生量增加，透平油使用寿命缩短；

5)接力器活塞导向环破损会导致本体内漏，主配压阀调节频繁，步进电机及驱动器发热严重，严重内漏会导致负载时有功晃动，空载时并网困难(见图2)；

6)在导叶端面间隙测量时，往往需要导叶开度保持在30%左右，调速系统撤压过程中，事故配压阀会在0.8 MPa以下自动动作，如在撤压过程中进行导叶端面间隙测量，调速系统事故配压阀主供油源阀的内漏，会造成导叶异常快速关闭，严重威胁测量人员的人身安全。

图2 接力器导向环撕裂情况

3 水电站调速系统内漏试验流程

当调速器液压系统发生内漏时能够迅速找到原因，提出有效的解决办法十分重要。由于液压系统是密封带压系统，管路中油液的流动情况，液压元件内部的零件动作和密封是否损坏都不易观察到，因此分析内漏的部位和内漏原因都比较困难，需要行之有效的试验方案，才能保证准确、高效的找到内漏部位。

观察调速系统回油箱内冒油情况，步骤为：

1)退出调速器液压系统“自启使能”，打开回油箱上方人孔门盖板，观察回油箱有无油液流动迹象，可直观判断出漏油管路的所属回路。

2)如发现图1中回油箱1号管路冒油，表明压油泵出口加载侧单向阀内漏，造成压力油串入油泵出口管路，油泵反转，回油箱中油泵进口处冒油。

3)如发现图1中回油箱2号管路冒油，表明分段关闭阀、事故配压阀或接力器内漏。首先全开、全关相应主阀体的控制油源阀，并依次动作事故配压阀、分段关闭阀查看回油箱内的冒油情况，综合判断内漏设备；其次查看接力器进、排油管及缸体处是否有较大的窜油声音，用燥声仪辅助测量其进、出油管处的分贝数，用红外线测温仪辅助测量其管体温度，同时与其他机组接力器进行横向比较，综合判断接力器内漏的情况。

4)如发现图1中回油箱3号管路冒油，表明主配压阀或事故配压阀内漏。首先动作事故配压阀，查看管路冒油情况，如停止冒油，则确认为事故配压阀内漏；如依然冒油，应是主配压阀内漏，可查看主配压阀内油流的噪声情况进行确认。

5)如发现回油箱中控制回油管路冒油(因控制油管较多，图1中未标明)，首先怀疑事故配压阀和分段关闭阀的控制回油腔和操作油腔串油，结合全开、全关控制油源阀和动作事故配压阀、分段关闭阀可综合判断出内漏设备。

6)如确认渗漏点为事故配压阀或分段关闭阀，可将该设备与系统隔离，用打压泵依次对疑似渗漏点单独进行打压试验，可确认渗漏部位。

7)可在调速系统“机手动”模式下，调整主配压阀中位，同时观察回油箱中主配压阀回油管的冒油量来判断主配压阀是否存在内漏。

其他内漏情况：①使调速系统主供油管路保持额定压力，查看油泵电机有无反转现象，可判断油泵出口加载侧单向阀有无内漏；启动1台泵，并保持卸载状态，检查其他油泵有无反转现象，可判断油泵出口卸载侧单向阀有无内漏；②全开图1中隔离阀和储油罐之间的阀门，全关隔离阀与主配压阀之间的阀门，观察系统管路压力变化情况，可判断出隔离阀是否内漏；③投入紧急停机电磁阀、动作事故配压阀、全关事故配压阀主供油源阀和事故配压阀主供油源阀，观察系统管路压力表变化情况，如事故配压阀主供油源阀内漏，可在调速系统撤压前及时处理，有效防止本文2中第6)条发生。

4 水电站调速系统内漏处理及改进建议

4.1 调速系统内漏处理

1)针对调速系统主供油管路上的大通径球阀，球体密封无法在不拆阀门的情况下更换，如事故配压阀主供油源阀、主配压阀主供油源阀、主配压阀检修阀等发生内漏，应制定方案，及时更换新球阀。

2)针对隔离阀、事故配压阀、分段关闭阀等液压插装阀，更换造成内漏的密封即可解决内漏问题。如插装阀的壳体密封、活塞密封、衬套密封等。《液压插装阀阀芯密封更换装置》和《液压插装阀连接座拆卸装置》两个实用新型专利装置(见图3)，可显著提高更换密封的效率，保证施工过程的安全，专利申请号为：2018210698282和2018210705040。

图3 液压插装阀阀芯密封更换装置和液压插装阀连接座拆卸装置示意图

3)针对设计原因造成的，更换密封后无法解决内漏的密封部位，或更换新密封后，耐久性不足1年的密封部位，应联系设计单位、制造单位，进行密封换型论证。国内某巨型水轮机组调速系统分段关闭阀连接座密封因O型密封圈内漏方面耐久性不足，更换为哑铃型密封件后，内漏问题得到了彻底解决(见图4)。

图4 调速系统分段关闭阀连接座密封换型图

4)针对接力器的内漏，水轮发电机组B修或A修时，可将接力器缸盖拆除，检查活塞导向环的使用情况，需要更换时3层导向环层间错位120°安装。回装后，制作专用装置对接力器进行打压试验，测量漏油量。机组并网运行后，查看接力器进、出油管及缸体处的窜油声音，测量进出油管处的分贝数及管体温度，与修前接力器的内漏情况进行比较，提供数据支持。

4.2 防止、减小调速系统内漏的建议措施

1)对关键部位密封件进行“预防性检修”。统计调速系统所有密封件，生成汇总表，包括密封件的名称、型号规格、安装部位、已使用年数、风险说明等内容，依据风险说明，对可能造成重大外漏、内漏后果的密封件，进行重点管理，在其使用寿命年限内，未失效前进行“预防性检修”，更换新的密封件。

2)严控制造、加工质量。调速器液压系统中一些间隙密封，以及由于加工装配误差、磨损不均和零件工作变形等产生的缝隙，它们因工作时动作磨损而逐渐增大。当油流经这些缝隙时，必然引起泄漏。液压系统各元件生产过程中，严格控制加工精度，同时尽量缩小装配误差，对新投入使用的液压系统必须认真清洗后，才可使用，以消除装配时留下的各种杂质、污物，减小液压系统运行中的磨损。加工制造时保证液压插装阀各控制腔之间有足够的强度，防止机组运行过程中，液压插装阀阀体内暗管之间被油压击穿，威胁机组的安全稳定运行。

3)运用设备趋势分析系统，跟踪液压系统运行规律。利用设备趋势分析系统，查看各台机组运行时的油泵加载间隔时间和机组停机备用时自启使能时间间隔等历史数据，生成折线图等图表，实时跟踪，定期分析。运行维护人员进行机组巡检时，记录回油箱油温、主配压阀调节频率，以辅助判断调速系统内漏量的变化情况。

4)增设计量元器件，辅助分析判断。调速器液压系统会配置一些基本的测量元器件，如压力油罐、压力气罐本体安装压力表、空气安全阀等安全附件，还有液位计、压力传感器、压力开关等测量元器件，监控压油罐安全运行；系统管路上设置压力传感器、压力开关等测量元器件，以监控液压系统管路上的压力波动。

仅依靠基本测量元器件，运行维护人员较难对调速器液压系统内漏情况进行准确判断，必要情况下，可在操作油管和控制油管路上增设压力表、流量计等测量元器件。如在事故配压阀操作油管路上增加压力表，可在机组停机备用状态下，快速判断事故配压阀主供油源阀的内漏情况；在分段关闭阀连接座控制油管路上增加压力表或流量计，可直观的判断出分段关闭阀的内漏情况；在接力器开腔管路上增加压力表、流量计，可快速判断出接力器的内漏情况。水电厂生产管理人员可依据本电站调速系统的具体布置情况，在不产生设备安全隐患的情况下，增加必要的计量元器件，辅助分析判断调速系统各阀组的内漏情况。

5 结 语

水电站调速器液压系统内漏是比较常见的问题，同时又是影响调速系统安全稳定运行的一个比较严重的缺陷。要分析、控制、减小调速系统的内漏量，首先要在设计、制造、加工装配等方面做好管理工作；其次运行维护人员必须充分了解整个液压系统的动作原理、结构特点和元件及材料配置情况；最后重中之重是对调速系统各阀组的密封件进行闭环跟踪管理，在密封失效前进行“预防性检修”，提出有针对性的措施，可有效控制液压系统内漏问题。水电站运行维护人员及时发现调速系统内漏，并积极分析处理，提升调速系统稳定运行特性，保证水电站机组安全可靠运行。