葛洲坝机组新事故配压阀动作异常原因分析及处理

2020-07-09张懿雄易万爽李兴华

水利水电快报 2020年5期

张懿雄易万爽李兴华

摘要：葛洲坝机组在扩大性B修后的调速器修后机械（无水）试验中，新更换的事故配压阀出现了投入后导叶关闭异常缓慢、动作后复归过程延迟等现象。针对新事配出现的异常现象，对事配结构和事配动作油路进行分析，并通过现场重新拆除事配本体进行逐级检查，最终确定其原因是事配的回油腔侧端盖在出厂时加工错误，导致事配在投入和复归过程中，流过事配阀的油路不顺畅。对回油腔侧端盖重新加工处理后，事故配压阀能够正常动作。

关键词：事故配压阀;复归延迟;动作缓慢;调速器;葛洲坝

中图法分类号：TV737

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.05.010

葛洲坝机组单机容量170 MW，由东方电机厂生产。由于该机组调速系统各阀门已运行多年，在2018 - 2019年度的扩大性B修中对包括事故配压阀（以下简称“事配”）在内的部分阀门进行了更换。阀门更换后在调速系统修后机械（无水）试验中发现，当过速保护电磁阀，即42DCF投入引起事配动作后，导叶向关侧移动的速度异常缓慢，关机时间大于3 min，远超过了事故停机时间标准（少于13 s）。在导叶全关后对42DCF进行复归，事配未能正常复归，需要手动操作引导阀到全关位置之后，等待约10 min事配才能复归。通过对引起该现象的各种原因进行分析，结合现场实际排查，最终找到问题根源并得出相应的解决方法，最终事配能够正常投入和复归，使其发挥事故保护的作用。

1 事配作用

事配是调速系统至关重要的部件，安装于调速器主配压阀与导叶接力器之间。机组正常运行时事配起到通流作用，并不影响导叶的开启和关闭。在出现以下任一情况时能够迅速投入：①机组过速而主配压阀故障拒动时，调速系统主油源绕过主配压阀直接通过事配作用于导叶接力器，使导叶快速关闭，起到保护机组的作用;②调速系统出现事故低油压现象时，电气自动元件发送电信号，事配动作、主配压阀被切除，事故油源进入投入腔，动作事配使导葉迅速关闭，实现事故停机。事配是调速系统的后备保护机构，如果在机组出现异常时，事配动作不正常将导致机组失去保护。机组在事故情况下不能及时关闭导叶，将会造成机组转速迅速升高引起机组振动摆度加大以及轴承烧瓦的现象;严重时还会发生机组飞逸，造成机组的永久性损坏，甚至威胁到厂房的安全。因此，事配的正常动作对机组的安全运行起着举足轻重的作用。

当系统故障排除后需要再次开机时，复归事配作为机组再次开机的必要条件，事配能否及时准确复归也将影响机组恢复正常运行。因此事配的动作和复归速度对机组的正常、安全运行起着至关重要的作用[1]。

2 事配结构及油路

葛洲坝东方电机厂机组事配为两位六通阀，检修时，在事配复归腔侧增加了弹簧帮助阀芯复归，并增加了一条排油管路直通机坑漏油箱，以防止回油不畅。当机组正常运行时，事配处于复归状态，仅起到流通作用。机组过速到一定程度或调速系统低油压时，事配投入腔通压力油，此时事配处于投入状态，通过主配压阀输送的压力油被阻断，投入腔直接与接力器关腔相连，接力器开腔与回油相连，促使接力器向关机方向移动。当机组恢复正常后，事配投入腔压力油被截断，事配阀芯示意见图1。事配压阀装配见图2。由于φa> φb>φc，在压差作用下，事配阀芯往回移动，主配压阀输送的压力油重新与接力器开关腔相连，使调速系统恢复正常。

与事配投入腔相连的油源有两个，分别与两个油阀连接。油阀具有截止阀作用，当油阀上部有压时，油阀截断油路;当油阀上腔控制油源失压时，油阀两侧的油路连通。两个油阀分别由42DCF和43DCF控制（以下简称“42油阀”和“43油阀”），42油阀与主油源相连。当机组达到1 15%Ne时，42DCF动作，主油源与事配投入腔连通使事配投入。43油阀与事故油源连通，当机组达到152%Ne或调速系统低油压时，43DCF动作使事故油源与事配投入腔连通，促使机组关机[2]。事配油路详见图3。

3 故障现象及原因分析

在调速系统修后机械试验中，在机组导叶全关状态时，事配出现误投入现象，并且无法靠阀芯两侧的压差作用自动复归，需在开腔通压力油保持一段时间，然后快速切换机械柜内引导阀至关机位置才将事配复归。对该机组的调速系统原理与事配阀零件结构进行分析，引起的这种现象的原因可能是：①新事配的复归回油腔侧的弹簧偏短，弹簧压缩力不足以推动事配阀芯复归到位;②事配阀芯与事配衬套配合间隙偏大引起来自主配压阀关腔油管压力油与投入腔之间发生窜油现象，无法形成足够的压差复归事配阀芯（在葛洲坝机组中已证实有类似现象发生）[3-4]。通过引导阀的迅速切换，在事配阀芯受到向复归侧的冲击油压作用下，事配阀芯得以复归。

在调速系统过速试验中（试验时动作42DCF），事配虽然能够正常投入，但是动作后导叶关闭速度异常缓慢，关机过程用时3 min，远超过了试验要求标准[5]。究其原因可能是：①事配阀体内或管路中有异物夹杂导致阀体卡塞、动作油路流动不畅;②新事配的复归回油腔侧的弹簧偏长或者弹簧过粗，导致弹簧的弹性系数偏大，阻碍事配阀芯投入到位;③新事配的结构加工问题引起关闭导叶的油路不顺畅[3-4]。

在试验过程中，通过主配动作关机时，系统中并未听到管路异响，导叶动作速度正常，因此排除管路中有异物卡塞。事配投入过程中，未听到事配阀内异响，投入腔管路上压力表也显示油压正常，排除事配阀内部异物卡塞或投入腔失压情况。初步确定问题原因在回油腔侧，需要拆卸检查事配阀以进一步确认故障原因。

4 故障处理过程

对事配回油侧管路及端盖进行拆卸，将弹簧取出与旧事配弹簧比较发现，两个弹簧长度一致、直径相同，考虑到试验时事配误投入且复归困难，排除因弹簧过长或偏短、直径偏粗阻碍事配投入与顺利复归，因此发生此类异常现象的原因与复归腔侧的弹簧没有关系。然而在比较新旧端盖时发现，旧事配端盖的凸起部分和新事配端盖不一致，与事配阀体的配合部分也有差异（见图4）。旧事配的凸起部分与阀体的凸起部分位置大小一致，装配时两个部分互相顶住，形成4个通油的空腔（见图5（a））;而新事配端盖凸起部分与阀体凸起部分正好嵌合，形成封闭腔将油路封堵（见图5（b））。通过装配图可知，端盖和阀体之间应形成油路满足事配复归时的回油，而新事配装配显然阻塞了回油油路，导致事配投入不彻底，油路不通畅，引起了导叶动作缓慢。

确定故障原因后，对新事配回油侧的端盖重新进行了加工处理，将端盖原凸起部分切除，使其与阀体凸起部分一致，并调整端盖位置使两个凸起部分顶住，促使油路畅通。考虑到试验时事配有误动现象，复归不畅也可能是由于油路不畅，较稳妥的做法为使用长度更长的复归弹簧，使事配在需要复归时更为灵活。经以上措施处理后，将事配进行重新回装，并恢复与其相连的管路法兰。重新进行主油源事故停机、事故油源停机与事配复归的机械试验。结果发现，两次事故停机试验中事配动作造成导叶全关用时12.6 s，满足试验规程的要求，因此该异常现象已不存在。事配复归时间在45 s以内，结果在试验规程规定的范围之内的，因此事配阀芯复归出现的延迟现象最终也得以消除[3]。修后试验数据见表1。

5 处理依据及结果分析

调速系统油路问题定位是个困难的过程，任何一个小细节都可能导致问题的发生。在事配发生故障后，排除管路异物和复归弹簧的原因，最终确定为回油侧端盖加工存在问题。根据新旧端盖比较和装配图分析，新端盖的凸起部分比旧端盖要大1倍，且装配方向正好与阀体的凸起部分嵌合，回油腔油路被完全堵塞，引起事配投入后导叶关闭速度过慢。若将新端盖调整方位使凸起部分与阀体顶住，油路较正常情况也会减小一半，导叶关闭速度无法达到要求，因此对新端盖凸起部分进行切除修整并改变安装角度，使其与阀体凸起部分完全吻合，从而使回油腔油路恢复正常，加工图见图6。

经处理，开机过速试验数据正常，验证了上述分析的正确性，此次处理使回油腔侧油路畅通，事配恢复正常，缺陷完全消除。

6 结论

（1）通过现场对事配的实际拆解，证实了事配在出厂时加工失误是引起关导叶时间异常的原因。因此在使用新设备时，务必检查各部件与装配图的一致性，避免安装后出现问题。

（2）事配回油腔的弹簧长度及粗细对于事配能否正常动作至关重要，弹簧太长或者太粗会影响事配投入效果，太短则可能造成事配的误投入，因此选择合适的弹簧对整个事配动作的稳定性非常重要。

（3）调速系统修后试验是检查整个系统问题的重要过程，每一项试验都需要严格按照规程进行，有助于及时发现系统问题。修后试验也是机组开机前的一道防线，可为机组正常开机奠定基础。

（4）通過对试验现象进行分析，确定事故发生在回油腔侧，故障原因为端盖加工错误。对端盖加以处理后，在试验中解决了事配投入后导叶动作缓慢以及事配误投入的问题。

参考文献：

[1] 魏守平.水轮机调节[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.

[2]刘秋华.大中型水电站机组事故停机控制回路设计[J].水力发电厂，2012，38（8）：67-73.

[3] 吴秀兰.探讨水电站机组运行常见故障与处理措施[J-科技与企业，2014（11）：338.

[4] 赵传亮.浅析水轮机调速器液压系统常见故障及处理[J].科技展望，2016，26（30）：103.

[5]崔岩.水电站水轮机调速器的调试与维护[J].科技展望，2015（8）：109.