某蓄能电厂调速器测压阀改造分析探讨

沈华哲，王志楠，胡德江

（南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司，广东 广州511400）

0 概述

水轮机调速器的基本任务是维持进入水轮机的水能与发电机输出的电能平衡，维持水轮机输出的电能频率恒定，即在电网中参与一次调频[1]，据国内20世纪80年代末统计资料表明，调速器机械、液压系统故障约占调速器故障的60%以上[2]。

调速器系统测压阀是调速器空放系统的主要部件之一，在机组运行中，主要作用是调整系统压力，根据油罐压力自动切换空载/负载状态，以保证调速器压力油罐压力值在恒定范围内，因此，测压阀的稳定性和可靠性对机组的稳定运行具有十分重要的作用。此前，由于测压阀自身结构等原因，多次导致该电厂机组开、停机失败，甚至跳机等后果，因此，对该电厂调速器测压阀的改造非常必要。

目前，针对此前调速器测压阀卡涩故障统计分析原因，主要有：

（1）测压阀的调整弹簧过长，作用力与阀针不在同一中心线上，再加上采用3根弹簧进行调整，使得弹簧作用力易发生倾斜，阀针受力不竖直，增加阀针上下活动的阻力。

（2）异物进入测压阀阀针，使阀芯不能自由活动或阀芯中心油孔堵塞。

（3）测压阀长期运行后，阀芯和阀针工作面磨损，配合不佳[3]。

针对该蓄能电厂A厂调速器测压阀卡涩原因，从结构上对调速器的测压阀进行了研究，初步提出改造方案。

1 测压阀结构特点及工作原理

测压阀结构（见图1）：由外壳、中间活塞及阀芯、弹簧构成。

测压阀动作压力：6.2～6.4MPa。

1.1 空放系统负载时测压阀工作原理

当工作油压下降到设定值时（6.2MPa），作用在阀芯上端面的压力不足以克服弹簧的收缩力，阀芯在弹簧力的作用下逐步上升到上限位置。这时，压力油通过阀芯的上油孔与中间油孔再经过中间活塞的倾斜油孔到达上阀盘的上腔，使中间活塞向下运动到下限位置。中间活塞下降到下限位置时，其下阀盘打开连通空载阀压力油的通道，压力油到达空载阀接力器关闭腔，使空载阀关闭，实现补油。

1.2 空放系统空载时测压阀工作原理

当工作油压高于设定值时（6.4MPa），油压作用于阀芯的上端面，使其克服弹簧的收缩力，处在下限位置；此时，中间活塞上阀盘的上腔通过阀芯的中间油孔和下油孔接通排油，中间活塞处在上限位置，同时，中间活塞的下阀盘封闭连通空载阀压力油的通道，使空载阀开启，油泵空载。

图1 测压阀内部结构

2 新型测压阀结构及工作原理

由于该蓄能电厂B厂测压阀的结构与A厂测压阀结构及工作原理基本相同，并且B厂自投产以来调速器测压阀工作稳定，所以研究将A厂测压阀换型为B厂测压阀。

但是由于B厂调速器测压阀的输出与A厂的相反，即当调速器系统油压低于6.2MPa需要补油时，B厂测压阀的输出为排油，而A厂测压阀此时的输出应为压力油；当调速器系统油压高于6.4MPa停止补油时，B厂测压阀的输出为压力油，而A厂测压阀此时的输出应为排油。为了能满足A厂测压阀的输出要求，需要在测压阀与空载阀之间加装1个液压二位三通换向阀（见图2）。

当工作油压下降到设定值时，作用在阀芯下端面的压力不足以克服弹簧的弹力，使得测压阀阀芯下移，隔断压力油进入换向阀，使得换向阀下端面没有压力克服弹簧的弹力，换向阀阀芯下移，压力油到达空载阀接力器关闭腔，使空载阀关闭，实现补油。

图2 新型测压阀液压回路

当工作油压高于设定值时，油压作用于阀芯的下端面，使其克服弹簧的弹力，使得测压阀下端油路接通，从而使压力油进入换向阀下端面，克服弹簧弹力，使得换向阀阀芯上移，隔断压力油从换向阀进入空放阀上腔，使空载阀开启，油泵空载。

3 测压阀改造后调试

测压阀改造完成后，进行调试并调整测压阀动作压力。实际测量动作压力区间为6.094MPa（空载转负载）～6.4MPa（负载转空载）。调整时压力测量采用的为压力校验仪，调整后3次动作压力在调整的压力区间均保持稳定动作，动作压力调整完成后，由运行人员将油位补充至接近EB油位，压力调整为6.4MPa。

3.1 压力油罐自动补气原因分析

该蓄能电厂机组大修后进行多次升速试验，1月21日，机组升速实验过程中发现调速器压力油罐先后出现5次自动补气过程（见表1），并且后续在1月22日～1月25日的调试开机过程中，多次出现压力油罐油位低于油位报警现象。

该过程初步分析，改造后新型测压阀存在动作异常的现象从而导致无法在6.4MPa切换至空载致使油位一直上升至EB高油位，导致BS补气电磁阀对压力油罐进行补气。

为验证这一判断，在1月22日～1月25日机组调试开机过程中，由运行人员将压力油罐油位补充至接近EB油位，压力调整为6.4MPa，并且由自动化人员配合，使用录波仪对压力油罐内部压力进行监测，观察并记录新测压阀切换空/负载动作压力及动作区间（见表1），测得新测压阀切换空/负载压力动作不稳定，动作区间最大为0.46MPa，最小区间为0.18MPa，同时切换空载动作压力最大值高达6.51MPa，压力大于6.4MPa切换空载的次数达6次之多。

表1 新测压阀切换空/负载动作压力

结合以上结果查看该蓄能电厂Eventlog事件跟踪分析系统，1月25日进行机组调试开机过程中，压力油罐出现EB高油位报警信号，并且此时BS补气电磁阀对压力油罐进行补气（见表2）。故可以判断当压力油罐压力大于6.4MPa时，由于新测压阀没有及时切换空载进行排油，使得油泵持续向压力油罐充油，以至于油位高于EB油位线，从而导致BS补气电磁阀对压力油罐进行补气。

表2 Eventlog事件跟踪

3.2 压力油罐CF低油位原因分析

1月22日～1月25日机组调试开机过程中，多次出现压力油罐油位低于CF油位报警现象。

1月29日，机组泵工况调试开机，由自动化人员配合，使用录波仪对压力油罐内部压力进行监测，观察并记录新测压阀切换空/负载动作压力及动作区间，并监测压力油罐油位变化情况，在此期间，分别出现2次高油位报警信号和六次CF低油位报警信号，并且在第1次高油位报警信号出现后没有伴随出现低油位报警信号，而在第2次高油位报警信号出现后，在随后的一段时间内，伴随出现6次低油位报警信号，根据录播仪记录的录波波型以及该蓄能电厂Eventlog事件跟踪分析系统，对此次调试过程中压力油罐出现的CF低油位报警信号进行分析。

查看该蓄能电厂Eventlog事件跟踪分析系统，第1次高油位报警信号出现在1月29日00：43，查看对应时间录波，此时测压阀动作区间为6.32（负载）～6.52MPa（空载），并且在此后出现第2次高油位报警信号之前，测压阀动作区间均在0.2MPa左右（见表3）。第2次高油位出现在1月29月01：16，并在此后2个h内伴随出现6次低油位报警信号，查看录波仪录波，6次出现低油位报警信号时测压阀动作区间均在0.4MPa左右范围内（见表3）。

表3 新测压阀切换空/负载动作压力

根据压力油罐BS自动补气原因分析，查看该蓄能电厂Eventlog事件跟踪分析系统，出现2次高油位位报警信号后，随后BS电磁阀对压力油罐进行2次自动补气，压力油罐气体增多，故导致压力油罐内油位与所对应的油罐压力发生改变，即在相同油罐压力下，补气后油罐油位低于初始状态油罐油位。故测压阀动作区间对应油位也会随之整体下降。第1次由于测压阀动作值大于6.4MPa时未及时切换空载，导致油位持续上升，BS补气电磁阀进行补气，当压力升至6.52MPa时，测压阀切换空载，停止充油，油罐油位和压力随机组各用户用油而同时下降，由表3可见，第1次高油位报警信号出现后，此后几次测压阀动作区间均不超过0.2MPa，故当油位和压力下降时，油位尚且不能达到CF油位以下时，油罐压力已经到达测压阀切换负载压力值，测压阀成功切换负载对油罐充油。故压力油罐第1次出现高油位时没有伴随出现低油位报警信号。

第2次出现高油位现象时，测压阀动作跟第1次状态相似，均为测压阀切换空载压力值增大导致，压力油罐进行了第2次自动补气，此时油罐内气体进一步增多，油罐油位对应相同压力值进一步有所下降，由表3可见，第2次出现高油位报警信号时，测压阀动作区间增大，基本保持在0.4MPa区间左右，由于相同压力下，此时油位相对于充气前有所下降，测压阀动作区间对应油位也会随之整体下降，故当测压阀空载时，油罐油位和压力随机组各用户用油而同时下降，由于此时测压阀动作区间增大，当油位低于CF油位线以下时，油管内压力值尚未达到测压阀切换负载的动作值，无法切换负载，使得油位持续下降，故机组出现CF低油位报警信号。

4 结论

对该蓄能电厂调速器测压阀改造后不满足机组稳定运行的原因进行分析，认为：

（1）参考多次监测数据，由于新型测压阀切换空/负载动作值不稳，在压力油罐压力大于6.4MPa时不能及时切换空载，导致压力油罐高油位报警，触发补气电磁阀自动补气，是此次改造失败的主要原因。

（2）由于新型测压阀动作区间在0.2～0.4MPa左右之间变化不稳定，导致压力油罐油位在低于CF油位时仍不能切换负载，导致出现低油位报警，也是此次改造失败的另一个重要原因。

水轮机调速器作为水电厂重要的控制设备之一，其可靠性是至关重要的，在进行设备改造的过程中，不但要进行广泛的调查研究，选好设备的型号，而且还要对设计厂家生产的产品仔细研究分析，根据自身特点，努力完善其功能，进一步提高运行可靠性，从而达到最终实现安全生产的目的[4]。