三星水电站清污机抓斗不能正常启闭的分析与处理

邓海建

(四川明星电力股份有限公司，四川 遂宁 629000)

1 概 述

三星水电站属涪江干流梯级开发的第十七级电站，装机容量3×1.6万kW，是明星电力股份有限公司装机容量最大的水电站,主要承担明星电力公司供区的基荷和调峰负荷，地位重要。三星水电站进水口检修清污门机使用的是水电七局生产的2×400 kN双向门式启闭机，主要由大车运行机构、门架、小车、电缆卷筒装置、司机室、液压清污抓斗和配电装置等组成。清污机液压栅耙宽6 m，通过液压杆启闭活动抓齿完成对水面和水下杂草杂树等漂浮物的清理。

2 故障现象

三星水电站属于低水头大流量水电站，汛期杂物较多时经常因拦污栅堵塞严重而停机清污，清污设备运行频率非常高，在高峰时段经常24 h不间断作业，也因此导致各类机械和电气故障频繁。

在2021年汛期，清污设备在清污作业过程中出现一例清污机能正常开斗却偶尔无法闭斗的奇怪故障，现场工作人员通过对设备掉电后重新上电又能够恢复正常动作；但使用三五次后又会出现同样的问题，且没有任何规律。

3 清污设备及工作原理

3.1 清污机工作原理

操作人员开启油泵电机启动，经过电气检测满足条件后油泵主控继电器动作闭合油泵主回路三相电源，通过清污机顶端的电缆卷筒(旋转设备，电压通过碳刷传递)将三相电源通过动力电缆传递至下侧的液压控制箱(该箱体全密封防水，内部放置油泵电机和直流单相阀、溢流阀、开闭斗主电磁阀及液压管路)中的油泵电机。电机得电后启油泵加压，形成压力油，然后操作人员通过控制液压阀的开启或关闭，使液压阀体的活塞杆左右拉动，让压力油进入不同的液压腔室内，形成压力差，从而达到控制抓斗开启或关闭的目的。

3.2 清污机工作方式

清污机工作的方式非常简单，就是模拟人的手臂抓拿动作，将水中的污物抓取后丢放到一旁的清污板上，再由清污板起降倾倒污物到电站外侧后统一处理。虽然只是一个简单的抓、提、放的过程，但要让机器来顺利完成分别需要大车行走(横向定位到抓取地点)、小车行走(纵向定位到前后孔位)、抓斗下放(伸到水面污物上)、抓斗开启和闭合(污物抓取)、抓斗提起，然后再执行一次反向操作将抓斗内的垃圾倾倒(见图1)。抓斗的开闭动作需要建油压、阀体控压和卸压几个过程，每一个动作都需要电机来驱动，动作次数频繁，所以故障几率也相对较高。尤其是抓污环节，由于部分污物在水下，抓斗部分必须要落入水下近20 m对拦污栅底部杂物进行清理。在此过程中，各管路和液压控制箱既要承受较高水压，同时工作环境也异常复杂。

图1 清污机结构示意

4 原因分析

从清污的工作原理和电气控制原理图可知(见图2)，抓斗故障的原因无非以下几种情况：

图2 清污抓斗部分控制原理

(1)电气控制回路故障或保护闭锁。例如，图中QF4过流跳闸、K41压力闭锁继电器动作，开闭斗互锁继电器K44和K43同时动作、KM4油泵继电器损坏、K42零位继电器保护动作、SA4切换开关操作控制杆损坏或不到位等。

(2)卷筒处电源接触不良或抓斗控制电缆断线。由于抓斗电源需要通过卷筒处电刷传递给卷筒上的电缆，如碳刷接触不良将使下侧抓斗密封箱内的油泵和液压阀电磁线圈无法得电。另外，电缆卷筒随清污抓斗上下同步动作收放电缆过程中，电缆频繁受力；且电力随抓斗落入下水过程中，也可能因杂物卡住，部分或全部电缆受过大拉扯力断开，致使操作控制信号无法传递给下方液压部件而无法动作。

(3)液压部分故障。抓斗的开闭是通过液压系统来控制，液压部分故障包括油室、电磁阀和液压杆开闭腔密封损坏致油面过低、漏油，导致压力传递介质不足；液压阀体出现破损、卡塞、偏移，导致动作不到位；压力过高时泄放元件溢流阀故障提前泄压也会导致压力无法正常传递到最终的抓斗开、闭腔室，也无法让抓斗正常动作。

5 故障分析及处理过程

5.1 故障分析

(1)针对电气控制回路的可能故障，通过电气回路中的每一处相关继电器和元件进行全面检查，通过人为闭合电压传递路径中的每个点，并使用万用表来进行电压测量；结果发现所有的电压元件均工作正常，且电压的大小符合动作要求，控制回路正常。

(2)针对卷筒部分可能引发的故障，则是对卷筒和电缆进行上下电阻或电压的测量。如果相应电缆的上下线两头测量是通路的，电缆则是良好的，卷筒处碳刷接触不良可使阻值变大，导致电压变低；经过全面检查和通电测试电缆和卷筒部分也无任何问题(电缆断线引发的故障在历次故障中占有较大比例，检查时作为了重点排查对象，同时启动时能够听到液压箱体内部发出的电磁阀闭合声音，也辅助判断了该点的正常)。

(3)当控制回路和卷筒电缆方面的原因都排除后，液压系统故障的几率就很大了。液压部件的故障可以由油泵电机、电磁阀块、液压管路、液压介质不足等综合引起，需要逐步排除。首先对开闭腔端部和个油管路进行外观检查，未发现渗漏油现象，排除密封损坏漏油情况；通过上电检查电机运转正常，排除了电机问题；对液压油液面高度和电机吸油情况检查再排除了液压介质不足问题。后通过打开液压控制箱对内部液压管路和各接头的检查也未发现异常，也排除了溢流阀提前泄压导致的压力升不上去的可能。

(4)最后，相对精密的主液压阀块就成了最终的怀疑对象。

液压阀块是将电气控制转换到液压控制的中间元件，该元件根据使用的阀体型号和机能不同，可以分为两位三通、两位四通、三位四通等(见图3)；在上述分类中又分为单向和双向、是否具有手动控制等情况。而三星水电站清污机使用的就是三位四通的电磁阀，该阀主要由两侧的电磁线圈部分和中间的液压阀体部分组成，阀体共分左、中、右3个位置，通过两侧的电磁线圈驱动其保持在左侧位置(开)或右侧位置(关)，两侧均不通电时则自动回中，即保持在中间位置。

图3 三位四通电磁阀内部结构

液压阀体部分是各个分类腔室和中间的活塞杆，活塞杆为高精度机械结构，腔体共有P、T、A、B共4个连接口，P口为进油口、T口为压力回流口、A口为开启进压口、B口为关闭进压口(具体开启还是关闭需要根据实际压力连接管路决定)。当油泵建压之后，若活塞杆若被电磁线圈向右拉动，则P腔与A腔连通，压力油进入A腔；同时B腔与T腔沟通回油泄压，实现动作。若活塞杆在左位，动作原理相反，如果动作结束，阀体活塞杆回到中位，A或B腔室均无压力，相应的抓斗活塞也因为两侧压力平衡而保持在静止状态不动。

5.2 故障处理

根据故障现象随机的特性分析，闭斗时容易出现不动情况，开斗基本正常。怀疑活塞杆没有动作到位或卡塞或电磁线圈故障导致电磁力矩不够，于是对电磁阀全部解体进行全面检查实验。

将直流单向阀取下，对阀孔、对中弹簧、垫圈等进行了一一检查，并通过吹气的方式进行检查排除阀孔、泄油孔等堵塞情况，未发现弹簧变形、阀芯卡阻现象。为了排除内漏，将开斗、闭斗油路均解开观察油路走向，随即进行一次开闭斗试验；发现开斗时2条油路均有出油，但明显开斗油路出油量更大，但是闭斗操作时2 条油路均无出油，这明显是闭斗回路活塞杆未动作或动作不到位。

再次取下电磁阀，多次手动操作仍然无异常现象出现，于是解开开斗阀头和闭斗阀头进行对比分析。当解开闭斗阀头时，发现闭斗一侧阀头顶部由于动作次数较多，表面已经变得发亮变形，磨损较大，导致电磁阀针与活塞杆体动作时的位移行程少了1 mm左右，继而出现行程走不到位的情况。随后对闭斗阀头进行了更换，装配完成后进行启、闭多次实验均工作正常，至此该故障消除，缺陷成功处理。

6 结 语

电气/机械设备能否长期正常运行，常常要受许多因素的影响，如电气控制回路各元器件的可靠性、设备材质的优劣、电压的稳定性、介质的劣化和保养维护的及时程度等。为确保设备运行的持续可靠，必须使用质量与材质更优的电气元件以减少故障发生率，同时对设备的定期维护保养也尤为重要。另外，在故障发生后需要对故障可能原因进行全面排查分析，从工作原理深入了解，尤其是这种随机性较大的故障，应全面分析并逐一排查才能准确找到故障原因。