賀 文

(廣西桂冠電力股份有限公司大化水力發(fā)電總廠，廣西 河池 530800)

1 概述

某電廠位于廣西紅水河流域中段，是該流域的一座低水頭徑流式電站，共安裝6 臺單機(jī)容量為32 MW 的燈泡貫流式臥式機(jī)組，年平均發(fā)電量為8 億kWh，年平均利用小時數(shù)為4 209 h。電廠按“無人值班、少人值守”的原則設(shè)計，采用2 臺機(jī)組共用1 臺主變器的擴(kuò)大單元接線方式，其主變壓器系統(tǒng)由3 臺主變構(gòu)成。計算機(jī)監(jiān)控采用分層分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由電廠控制層和現(xiàn)地單元控制層組成。水輪機(jī)調(diào)速器為采用32 位雙微機(jī)雙通道冗余控制結(jié)構(gòu)的新型調(diào)節(jié)控制器。

由于2012年全年枯水期較長，該電廠機(jī)組啟停次數(shù)較為頻繁，共出現(xiàn)4 次不同機(jī)組自動開機(jī)不成功的現(xiàn)象。由于該電廠隸屬中調(diào)電網(wǎng)，機(jī)組自動開機(jī)不成功不僅影響機(jī)組并網(wǎng)的成功率，而且無法及時支援電網(wǎng)，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此迫切需要解決該問題。

2 原因分析

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上位機(jī)下達(dá)開機(jī)檢查指令后，監(jiān)控系統(tǒng)投入機(jī)組組潤滑油泵、開啟機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)、退出檢修密封、退出風(fēng)閘制動器等均能正常動作，只有高壓油頂起裝置異常，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)無法給調(diào)速器下達(dá)開機(jī)指令。同時，由于該廠在正常停機(jī)后會投入事故電磁閥，如果事故電磁閥不能在開機(jī)指令下達(dá)周期內(nèi)正常復(fù)歸，將導(dǎo)致導(dǎo)葉無法正常順利打開。因此，造成機(jī)組自動開機(jī)不成功的主要原因是事故電磁閥故障和高壓油頂起裝置故障。

2.1 事故電磁閥故障的原因

該電廠在設(shè)計之初，正常停機(jī)流程過程中并不需要投入事故電磁閥。但在運(yùn)行和檢修維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組停機(jī)后，投入事故電磁閥更有利于保障機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安全。由其停機(jī)投事故電磁閥的回路(見圖1)可知，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)停機(jī)指令后，觸發(fā)延時繼電器，使其經(jīng)90 s 延時后動作，投入事故電磁閥，并使投入的事故電磁閥的線圈一直通電，以保證導(dǎo)葉始終處于全關(guān)狀態(tài)。機(jī)組需要開機(jī)啟動時，監(jiān)控系統(tǒng)首先要檢查確認(rèn)全部流程滿足開機(jī)條件，然后通過開機(jī)繼電器65STT 同時分別向調(diào)速器和事故電磁閥下達(dá)開機(jī)和復(fù)歸指令，保持時間為5 s，若事故電磁閥無法在5 s 內(nèi)及時復(fù)歸，5 s 后監(jiān)控系統(tǒng)的開機(jī)令已復(fù)歸，將導(dǎo)致調(diào)速器導(dǎo)葉無法正常打開，從而造成機(jī)組開機(jī)不成功。因此，可能導(dǎo)致造成機(jī)組開機(jī)不成功的原因有以下3 種：

(1)停機(jī)指令繼電器65STPX 的觸點(diǎn)8，9 無法正常復(fù)歸；

(2)開機(jī)指令繼電器65STT 的觸點(diǎn)8，9 無法正常動作及保持通電時間；

(3)事故電磁閥執(zhí)行部分發(fā)卡無法正常復(fù)歸。

圖1 停機(jī)投入事故電磁閥回路

2.2 高壓油頂起裝置故障的原因

燈泡貫流式機(jī)組發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)共用同一根大軸，為兩支點(diǎn)懸臂結(jié)構(gòu)，通過水導(dǎo)軸承和發(fā)導(dǎo)軸承(徑向軸承)支撐大軸，轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)分別置于大軸兩端，其中大軸下游通過法蘭與轉(zhuǎn)輪連接，上游通過法蘭與轉(zhuǎn)子支架連接。其結(jié)構(gòu)與混流式機(jī)組、軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組不同。燈泡貫流式機(jī)組額定轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)動慣量小，機(jī)組停機(jī)和啟動時間短，轉(zhuǎn)速變化快。高壓油頂起裝置用于確保機(jī)組在啟動和停止過程中的低轉(zhuǎn)速區(qū)時，機(jī)組軸瓦能建立油膜保護(hù)軸瓦，以防止機(jī)組在低轉(zhuǎn)速區(qū)油膜破壞，出現(xiàn)燒瓦事故。雖然高壓頂起油泵啟動次數(shù)和運(yùn)行時間不多，但對機(jī)組的安全運(yùn)行卻有不可忽視的作用，運(yùn)行中必須充分保證其可靠性。

由于燈泡貫流式機(jī)組的高壓油頂起裝置組合軸承、水導(dǎo)軸承的管路路徑較遠(yuǎn)，油流管道轉(zhuǎn)角較大，高壓油頂起裝置建壓有一定的延時；且該廠高壓頂起油泵進(jìn)油口比回油箱的油位略高，容易造成空氣反串入油泵進(jìn)油口管路中。因此，為充分發(fā)揮高壓油頂起裝置的作用，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性，將在機(jī)組開機(jī)準(zhǔn)備時即投入高壓油頂起裝置并檢查其是否正常，作為調(diào)速器開機(jī)的必要條件。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于90 %額定轉(zhuǎn)速時，停止高壓油頂起裝置。該廠每臺機(jī)組均配備2 臺高壓頂起油泵，1 臺主用，1 臺備用，由操作把手對油泵進(jìn)行主備切換。在運(yùn)行過程中，多次發(fā)現(xiàn)高壓油頂起裝置不能滿足條件，開機(jī)檢查流程無法正常執(zhí)行，導(dǎo)致機(jī)組自動開機(jī)不成功。高壓油頂起裝置不滿足條件的原因主要有以下3 點(diǎn)：

(1)高壓頂起油泵進(jìn)油口管路中反串入空氣，當(dāng)1 臺高壓頂起油泵運(yùn)行時，管路不能形成真空，導(dǎo)致油泵無法正常打油，壓力接點(diǎn)也無法正常接通；

(2)1 臺高壓頂起油泵處于運(yùn)行時，油壓波動較大，造成油管劇烈震動，使壓力閉合接點(diǎn)頻繁抖動而斷開；

(3)高壓頂起油泵安全閥異常動作，致使無法達(dá)到壓力接點(diǎn)接通整定值，高壓頂起油泵反復(fù)打油，油質(zhì)劣化嚴(yán)重。

3 應(yīng)對策略

3.1 事故電磁閥故障的應(yīng)對策略

目前該廠的事故電磁閥是2 位四通的雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，當(dāng)一個線圈失電時，另一個線圈未得電時可以保持閥芯不動，即為有記憶功能的電磁閥。分析其運(yùn)動過程，由于彈簧力和摩擦阻力的存在，當(dāng)電磁鐵剛通電時，閥芯并沒有開始運(yùn)動。隨著電磁鐵所產(chǎn)生的電磁吸力的逐漸增大，閥芯所受的合力逐漸增大，加速度逐漸增大，閥芯開始運(yùn)動，當(dāng)電磁吸力達(dá)到一定值時，合力達(dá)到最大，加速度也隨之達(dá)到最大。由于彈簧力與摩擦阻力隨著位移和速度的增大而增大，二者之和開始時大于電磁吸力，而后逐漸減小，使加速度越來越接近于0；當(dāng)位移和彈簧力達(dá)到最大值時，相應(yīng)的電感和電磁吸力保持不變，合力和加速度均為0，瞬間過程結(jié)束，整個系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。事故電磁閥在運(yùn)行的過程中常見的故障主要有以下5 點(diǎn)：

(1)閥芯不運(yùn)動：主要原因有電磁線圈故障、閥芯卡緊、油液變化等故障；

(2)泄漏：主要包括內(nèi)漏和外漏；

(3)壓力損失大：主要由實際流量過大、閥芯抬肩以及閥芯移動不到位等原因?qū)е拢?/p>

(4)漏磁：電磁線圈表面有缺陷，從而導(dǎo)致穿過線圈的磁通量發(fā)生變化；

(5)沖擊和振動：主要由閥芯運(yùn)動速度過大或固定電磁閥的螺釘松動等原因?qū)е隆?/p>

對于事故電磁閥不能快速復(fù)歸的情況，應(yīng)當(dāng)采取如下應(yīng)對措施。

(1)在事故電磁閥控制回路中應(yīng)避免串入過多的電磁式繼電器的接點(diǎn)，以防止由于繼電器接點(diǎn)抖動、氧化導(dǎo)致的電磁閥工作不可靠。對于需要串入的繼電器接點(diǎn)回路，可考慮使用固態(tài)繼電器等可靠性較高的元器件。對于開機(jī)繼電器65STT，應(yīng)當(dāng)選擇可靠性較高的的繼電器，避免其接點(diǎn)暴露在空氣中氧化而使回路的電阻過大，不利于事故電磁閥的快速復(fù)歸；如無條件選擇固態(tài)繼電器的電廠，在校驗測量出普通繼電器的接點(diǎn)電阻超過規(guī)定值時，應(yīng)當(dāng)及時清洗、更換繼電器。

(2)在電磁閥控制程序中應(yīng)盡量避免電磁閥長期勵磁。由于該電廠事故電磁閥投入線圈一直處于帶電狀態(tài)，其溫度較高，比較容易損壞。但對于雙穩(wěn)態(tài)電磁閥，在保證安全的前提下，只要對開機(jī)復(fù)歸線圈進(jìn)行閉鎖，就可以避免投入線圈一直帶電，這樣就能保證停機(jī)繼電器65STPX 的觸點(diǎn)8，9 不影響投入線圈的復(fù)歸。

(3)增加對閥芯的監(jiān)視，以便當(dāng)閥芯卡澀或者抖動時快速定位故障，有利于設(shè)備的檢修維護(hù)。該電廠開機(jī)控制程序在開機(jī)指令下達(dá)的同時下令復(fù)歸事故電磁閥，由于開機(jī)指令的持續(xù)時間僅為5 s，當(dāng)電磁閥發(fā)卡無法及時復(fù)歸時，將導(dǎo)致機(jī)組導(dǎo)葉無法順利打開。針對這個問題，可以將事故電磁閥的復(fù)歸，即閥芯反饋位置，作為監(jiān)控系統(tǒng)是否下發(fā)開機(jī)指令的必要條件。事故電磁閥的閥芯處于投入位置時，無法下達(dá)開機(jī)指令；只有當(dāng)閥芯位置處于復(fù)歸位置，導(dǎo)葉主配已完全釋放時，監(jiān)控系統(tǒng)下才能下達(dá)開機(jī)指令，使機(jī)組正常啟動。

(4)對于電磁閥線圈的供電回路，可以采用可靠的穩(wěn)壓回路，以避免斷開供電電源時產(chǎn)生的反向過電壓。

3.2 高壓油頂起裝置故障的應(yīng)對策略

機(jī)組在開機(jī)時，由于高壓頂起油泵離機(jī)組軸承較遠(yuǎn)，頂起油壓建壓需要一定的延時，故在開機(jī)準(zhǔn)備時即投入主用油泵，并分別監(jiān)測徑向軸承、組合軸承頂起油壓是否正常，以此作為調(diào)速器開啟條件。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至90 %額定轉(zhuǎn)速時，切除高壓頂起油泵。

機(jī)組正常停機(jī)時，轉(zhuǎn)速下降到90 %額定轉(zhuǎn)速時，投入油泵。機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到0 時，再切除油泵。

機(jī)組事故停機(jī)時，直接投入高壓頂起油泵，以盡可能減少對軸承的損傷。

(1)為使高壓油頂起裝置運(yùn)行正常，應(yīng)經(jīng)常檢查油泵和管路是否漏油，各瓦油室壓力值之差是否正常，檢查高壓頂起油泵進(jìn)油口管路是否密封良好。要定期拆除清洗濾器濾油網(wǎng)，防止臟物堵塞，影響油的凈化，并定期更換潤滑油。

(2)對壓力接點(diǎn)整定值進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組啟動時，首先啟動高壓頂起油泵，投入高壓油。軸承中高壓油室的油壓升高后，迅速下降。此時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子已被高壓油頂起，機(jī)組處于頂起狀態(tài)運(yùn)行。隨后，油的壓力趨于平穩(wěn)，機(jī)組開始轉(zhuǎn)動，將此時的油壓定為壓力繼電器接點(diǎn)的整定值。調(diào)整壓力繼電器的接點(diǎn)，使之在要求的壓力值下，重復(fù)接點(diǎn)試驗，這樣就可使壓力繼電器發(fā)出準(zhǔn)確的信號，發(fā)揮其在開機(jī)和停機(jī)過程中的作用。該電廠監(jiān)控系統(tǒng)的高壓油頂起裝置原控制流程如圖2 所示，僅由1 臺主用高壓頂起油泵運(yùn)行，如壓力接點(diǎn)不能正常接通，主用泵會一直運(yùn)行，無法滿足開機(jī)條件，致使自動開機(jī)失敗。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，對高壓頂起控制流程進(jìn)行更改，如圖3 所示，當(dāng)主用泵啟動時，時間繼電器開機(jī)計時，若壓力接點(diǎn)未正常接通，5 s 之后就立即啟動備用泵打油，以確保高壓油頂起裝置能夠快速啟動。

(3)高壓油頂起裝置中溢壓閥的整定值不得低于頂起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的壓力，且不得高于高壓油頂起裝置的最高壓力。

4 結(jié)束語

該電廠在正常停機(jī)的狀態(tài)下將事故電磁閥投入，即便在事故電磁閥失電的狀態(tài)下也能保證導(dǎo)葉處于全關(guān)狀態(tài)，較好地保證了機(jī)組設(shè)備的安全。在機(jī)組自動開機(jī)時需要及時解除事故電磁閥，通過更換固態(tài)開機(jī)指令、停機(jī)指令繼電器，機(jī)組正常停機(jī)投入事故電磁閥后切除電源，事故電磁閥閥芯反饋作為開機(jī)必要條件等措施，提高了事故電磁閥復(fù)歸回路的可靠性。定期檢查高壓油頂起裝置的管路、密封及過濾網(wǎng)，將壓力接點(diǎn)作為是否需要啟用備用泵的依據(jù)等優(yōu)化方案，提高了高壓油頂起裝置的可靠性。采取以上措施后，該電廠貫流式機(jī)組自動開機(jī)成功率有了顯著提高。

圖2 原高壓油頂起裝置控制流程

圖3 改進(jìn)后高壓油頂起裝置控制流程

1 蔡 偉，鄭賢林，張志利，等．液壓電磁閥故障機(jī)理分析與瞬態(tài)特性仿真[J]．儀器儀表學(xué)報，2011(12).

2 杜與松，蔡 羽．潮州供水樞紐高壓頂起油泵存在的問題及改造方案[J]．廣東水利水電，2009(10).