水轮机调速器系统充油方式对主配压阀

引言

内蒙古呼和浩特抽水蓄能电站(以下简称"呼蓄电站"）,距离呼和浩特市中心约20km。电站总装机容量为120万kw,每台机组的容量是30万kw,总共有4台可逆式水泵水轮机组。作为现阶段蒙西电网仅有的一座抽水蓄能电站,不仅起着调峰填谷、调频调相、事故备用及黑启动的作用,结合蒙西电网特点还承担着与风电、光伏等配合提高新能源消纳的重要任务,所以机组的安全稳运行对蒙西电网的稳定至关重要。

呼蓄电站导水机构采用单元接力器结构,20个活动导叶由20个双作用接力器独立操作,液压回路元件较多,结构复杂,易发生故障。

自2014年11月10日首台机组投产发电以来,机组运行过程中均陆续出现单个甚至多个导叶失控和抽动故障,尤其以4号机组最为严重。对故障导叶主配压阀清洗后故障即可消除,但若恢复时充油方式选择不合适,会再次造成单个或多个导叶失控。2017年,4号机组检修期间曾对20个导叶主配压阀及环管进行彻底清洗并全部更换液压油,但导叶失控故障仍难以根本解决。

1调速器的构成及主要技术参数

呼蓄电站4号机组调速器型号为MGC6000微机调速器,主要由机械部分和电气部分组成。

电气部分主要由调速器电调柜、油压装置控制柜、漏油箱控制箱等组成,采用"双冗余微机数字控制器（A套、B套）+比例伺服阀电液随动系统",能够有效控制机组的开机、发电、抽水、调相、空载、并网、增减负荷、停机等各个环节,适应电网负荷的增减。

机械部分主要由压力油源系统部分和机械液压部分组成,其中机械液压部分主要包括伺服主配压阀组（20组）、控制阀组、延时装置、隔离阀装置、油过滤器、接力器位移传感器等。

主配压阀组（图1）主要由主阀、电液转换器等组成[3],其作用是通过电液转换器的位移信号控制主配压阀动作,从而控制导叶接力器的动作,调整导叶开度。控制阀组主要由紧停电磁阀、延停电磁阀、导叶锁定投退电磁阀、延时装置液控阀、压力继电器及压力表计等构成,主要用于事故停机关闭导叶、发电工况电气事故时延时11s关导叶及导叶全关自动锁定投退。调速器系统设有两套滤油器,一套安装在集油箱上,用来过滤调速器控制阀组:另一套安装在主压力油管上,用来过滤机坑内调速器各配压阀的用油。滤油器为双联滤油器,互为主备用,可在线手动切换。

图1主配压阀结构图

2故障过程

2015年7月13日,4号机组试运行结束,正式投入运行。

2015年9月14日,4号机组停机转抽水开启导叶过程中发现4#导叶未正常开启,处于全关状态,后经检查发现4#导叶主配压阀阀芯进入杂质导致卡涩,更换后恢复正常。

2016年3月29日,4号机组停机转抽水导叶开启后发现6#导叶异常全开,其余导叶开度均处于65.5%左右,后执行停机时,6#导叶开度保持全开状态无法关闭,其余导叶均全关正常。经检查发现6#导叶主配压阀及比例伺服阀阀芯（图2）内均存在油污,更换主配压阀、比例伺服阀,调速器系统充油恢复后,进行导叶静水启闭试验时发现机组10#、13#、14#、16#导叶均未能正常动作。经检查其二次控制回路工作正常,故障主配压阀阀芯内存在大量油污,对故障主配压阀及其比例伺服阀进行更换和清洗,并在切换调速器系统控制油过滤器、压力油过滤器后对调速器系统进行充油恢复,进行导叶静水启闭试验。试验发现此次8#、9#、10#、13#、14#、15#、16#、18#导叶均未能正常动作,在对故障主配压阀及其比例伺服阀进行重新清洗后调整调速器油压系统充油方式,再次进行导叶静水启闭试验,导叶启闭正常,调速器系统恢复正常。

图2比例伺服阀阀芯卡涩

3故障分析

4号机组6#导叶主配压阀及比例伺服阀清洗后按照设备说明书要求首先确保压力油罐到调速器系统压力管路上的电液隔离阀在开启状态,然后缓慢开启电液隔离阀前的手动隔离阀,待压力油进入系统并达到额定压力6.3&MP后,再将此阀门全开。

由于此时调速器系统油管路中有许多残余气体,而气体具有可压缩性,在油管或阀组中形成气状弹簧,设备运行时会引起油管等设备振荡,并对油管、阀组等设备造成气蚀。为了避免油管振荡及消除油管系统中的气体,充油时需将阀门缓慢开启,充油后最初要在手动方式下对20个导叶接力器进行多次全行程启闭操作,用于排掉油管中的气体。

由于采取此种方式充油时,调速器系统管路中的气体需在导叶启闭过程中通过油管经主配压阀组阀芯排至漏油箱,故初步怀疑调速器系统油质劣化,杂质较多,油过滤器运行时间长、过滤不充分导致充油时杂质随油流进入主配压阀组阀芯内,造成故障。第二次清洗后将控制油过滤器、压力油过滤器均切换至备用过滤器,并将主压力油供油管路进行了清洗后方进行充油,仍有多个主配压阀组阀芯卡涩。

进一步分析,使用此方法充油时,调速器系统管路中的油压高达6.3&MP,导叶静水启闭试验时管路中的空气压缩、释放迅速,流经管壁时会携带大量气泡、油污等杂质进入主配压阀组阀芯,从而造成主配压阀组卡涩、失控等故障。必须在清洗调速器系统所有油管路并确保油质可控的前提下方可采取此种充油方式。

4故障处理及防范措施

通过分析可以确认,主配压阀组阀芯卡涩故障主要是由于调速器油压系统中的杂质进入主配压阀组阀芯内引起的,通过清洗或更换主配压阀组即可消除故障。因调速器系统需尽快恢复备用,故根据设备原理及实际情况需对调速器系统充油做优化调整。

首先保持压力油管检修排油阀、回油管检修排油阀、正常操作控制油管检修排油阀、延停及紧停控制油管检修排油阀在半开或微开状态,确保压力油罐到调速器系统压力管路上的电液隔离阀在开启状态,然后微微开启电液隔离阀前的手动隔离阀,确保管路内油压不高于1.0&MP,检查漏油箱内油面上升并伴随大量气泡,待漏油箱油面上升平稳且无气泡涌出时,关闭上述四个检修排油阀,然后逐步开启电液隔离阀前的手动隔离阀至全开,再在手动方式下对20个导叶接力器进行多次全行程启闭操作,排掉油管中的气体。这种充油方式的好处是绝大部分的气体及其携带的油污等杂质随油流排至漏油箱而不经过主配压阀组阀芯,且其管路中压力较低,不会产生剧烈的振动、流动而带起调速器系统沿管附着的污垢。

同时,该故障的主要原因是调速器系统在长期运行时油液在不停循环往复过程中因种种因素受到污染,油质劣化。现呼蓄电站调速器系统均采用L-TsA46抗氧防锈汽轮机油,该汽轮机油的各性能指标参数都很优良,油品质稳定。但液压油在调速器系统运行时除了本身缓慢劣化外,其污染变质主要是由于外来污染物侵染、催化所致。外来污染主要包括混入水分和固体颗粒物污染,而这两种污染均可以通过有效的过滤进行净化。通过分析我们主要采取了5个方面的措施进行防范:

(1）在回油箱加装在线滤油机,进行24h不间断过滤:

(2）在机组检修期间对调速器系统所有可拆卸油管路、液压阀组、压油罐、回油箱等均进行彻底清洗:

(3）缩短调速器系统油过滤器的定期切换工作,并及时对各级过滤器的滤网进行清洗或更换:

(4）每月对调速器系统进行油化验工作,及时掌握油质状态,必要时对调速器系统油液进行整体更换:

(5）对电站液压油的储存进行严格管理,做好温控及防尘工作,储存期较长的液压油使用前必须通过检验合格后方可取用。

5结语

通过对调速器系统设备检修后充油方式的优化以及调速器系统油质污染的控制与净化,基本有效地防范了水轮机调速器主配压阀组阀芯卡涩等故障的出现。自上述措施实施以来,调速器系统运行状况良好,未再出现主配压阀组阀芯卡涩故障。