王忠海，吳云波，肖瑞懷（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

水電廠筒閥的故障原因分析及其處理對(duì)策

王忠海，吳云波，肖瑞懷
（華能瀾滄江水電有限公司漫灣水電廠，云南 臨滄 675805）

摘要：筒閥作為水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水閥的一種類型越來(lái)越廣泛應(yīng)用于各大、巨型水電站，它具有開(kāi)啟、關(guān)閉快速高效，關(guān)閉嚴(yán)緊等一般的蝶閥或球閥所不具備的功能和優(yōu)點(diǎn)。但在實(shí)際的應(yīng)用中，筒閥運(yùn)行時(shí)要求具有高可靠性，通過(guò)對(duì)漫灣1號(hào)機(jī)組筒閥控制程序的解讀，結(jié)合筒閥檢修調(diào)試數(shù)據(jù)及波形，分析了筒閥卡阻和失步的原因，并提出了相應(yīng)的處理對(duì)策。望能為國(guó)內(nèi)筒閥運(yùn)行和檢修提供一定的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：筒閥；卡阻；失步；糾偏；接力器不動(dòng)時(shí)間

1　筒閥原理

筒閥是在水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水系統(tǒng)主進(jìn)水閥中普遍應(yīng)用的一種類型，安裝在固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉之間；其開(kāi)啟和關(guān)閉的控制采用多只直缸接力器來(lái)操作，以實(shí)現(xiàn)輸入水輪機(jī)水流流通和截?cái)?。筒閥開(kāi)、關(guān)迅速高效可以大大縮短機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間，同時(shí)它關(guān)閉嚴(yán)密，在機(jī)組停機(jī)時(shí)減少了機(jī)組導(dǎo)葉的漏水量，防止了導(dǎo)葉關(guān)閉不嚴(yán)造成的機(jī)組蠕動(dòng)，方便了維護(hù)。

漫灣電廠1號(hào)機(jī)組的筒閥為電液同步機(jī)構(gòu)型，由機(jī)械同步控制和電液同步控制兩部分組成，其中機(jī)械同步控制是通過(guò)操作壓力油流自動(dòng)驅(qū)動(dòng)6只同軸等排量分配馬達(dá)，使通往6只直缸接力器的流量相等，以保障其運(yùn)動(dòng)速度基本相同。電液同步控制是由安裝于6只直缸接力器的6只位移傳感器、6個(gè)高速開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電磁閥和PLC控制器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)PLC控制器檢測(cè)任一根傳感器的位移大于位移基準(zhǔn)量的某一定值（1.5mm）時(shí)，PLC控制器輸出脈沖信號(hào)使相對(duì)應(yīng)的高速開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電磁閥動(dòng)作，使與高速開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電磁閥相對(duì)應(yīng)的接力器有桿腔排油糾偏，從而實(shí)現(xiàn)超出失步定值的接力器流量與位移基準(zhǔn)量的流量均等，使筒閥開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程同步。

2　筒閥故障類型

對(duì)漫灣電廠1號(hào)機(jī)組筒閥故障統(tǒng)計(jì)，自2007年5月18日投運(yùn)以來(lái)，筒閥發(fā)生故障類型主要為失步故障和卡阻故障兩種類型，橫向?qū)Ρ葹憸娼饔蚋麟娬就愋屯查y出現(xiàn)的故障類型，也主要為上述兩種故障。

2.1失步故障

筒閥的控制難點(diǎn)之一是其操作機(jī)構(gòu)的同時(shí)性和同步性，尤其同步是整套設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)。一旦出現(xiàn)事故或者容錯(cuò)能力不足，就會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。失步故障報(bào)警在控制程序中表述為6只接力器位移中最大一只接力器的位移數(shù)值與最小一只接力器的位移數(shù)值之差大于失步定值（10mm）時(shí)，報(bào)筒閥失步。

2.2卡阻故障

卡阻故障也是在筒閥調(diào)試和運(yùn)行中比較常見(jiàn)的一類，出現(xiàn)的頻率較多，一般是可以快速查清故障源和處理的。其故障報(bào)警在控制程序中表述為PLC控制器收到開(kāi)啟或關(guān)閉筒閥令后，筒閥在開(kāi)啟或關(guān)閉過(guò)程中，任意10s內(nèi)6只接力器位移的算術(shù)平均值變化不超過(guò)1mm，報(bào)筒閥卡阻，即筒閥運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)機(jī)械卡死現(xiàn)象。

從運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析，筒閥卡阻報(bào)警均是在筒閥剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的時(shí)刻發(fā)生的。

3　故障原因分析及對(duì)策

3.1失步、卡阻故障原因分析

3.1.1糾偏效果不滿足控制要求引起筒閥失步

漫灣電廠1號(hào)機(jī)組筒閥糾偏功能選用6只接力器的算術(shù)平均值作為位移基準(zhǔn)量，當(dāng)任一根接力器位移超過(guò)算術(shù)平均值1.5mm時(shí)，控制程序通過(guò)對(duì)接力器有桿腔排油，實(shí)現(xiàn)筒閥電液同步糾偏。該糾偏控制以算術(shù)平均值作為糾偏的位移基準(zhǔn)量，只能對(duì)大于平均值且超出糾偏定值的接力器進(jìn)行糾偏，不能對(duì)小于平均值的接力器進(jìn)行糾偏。

假設(shè)出現(xiàn)臨界糾偏狀態(tài)，即假設(shè)平均值為1000mm，任意5只接力器位移均等于1001.5mm，則剩余1只接力器的位移為992.5mm。因此，6只接力器位移傳感器中最大值與最小值之差為9mm，這一臨界極端狀態(tài)下，由于沒(méi)有超過(guò)糾偏定值，因此糾偏功能不起作用。

由此可知，以算術(shù)平均值為糾偏位移基準(zhǔn)量，糾偏頻率低，糾偏效果不明顯，且處于臨界糾偏狀態(tài)時(shí)，最大位移值與最小位移值之差為9mm，接近失步定值，再加之控制系統(tǒng)和高速開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電磁閥糾偏動(dòng)作的滯后性，容易出現(xiàn)筒閥失步故障現(xiàn)象。

3.1.2液壓管路高壓油沖擊導(dǎo)致筒閥失步

筒閥在開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)刻，筒閥接力器會(huì)受到高壓油流沖擊，而各個(gè)接力器的管路長(zhǎng)度和接力器缸體內(nèi)原有壓力略有差異，受到高壓油流沖擊也不一致，因此，在狀態(tài)變化瞬間各個(gè)接力器的位移變化量也不同，從而導(dǎo)致各個(gè)接力器之間的位移存在較大的短暫偏差。隨著高壓油流量的穩(wěn)定，各接力器之間的偏差也迅速變小。尤其是在筒閥長(zhǎng)時(shí)間處于全開(kāi)狀態(tài)，關(guān)閉筒閥瞬間時(shí)，這種短暫偏差達(dá)到最大值，甚至超過(guò)筒閥失步定值，導(dǎo)致筒閥出現(xiàn)失步故障。具體過(guò)程和偏差數(shù)值見(jiàn)圖1。

圖1筒閥關(guān)閉過(guò)程故障錄波圖

3.1.3筒閥接力器不動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起筒閥卡阻

筒閥收到開(kāi)啟或關(guān)閉令至筒閥接力器開(kāi)始動(dòng)作時(shí)刻的時(shí)間，稱為筒閥接力器不動(dòng)時(shí)間。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，漫灣電廠1號(hào)機(jī)組筒閥接力器不動(dòng)時(shí)間最大為9.56s（見(jiàn)圖2）。主要原因是筒閥在接到動(dòng)作信號(hào)后，PLC控制器將按照PI調(diào)節(jié)規(guī)律將0～5V輸出電壓逐漸送至功放模塊，由于參數(shù)的限制，該段用時(shí)8s，從而導(dǎo)致接力器不動(dòng)時(shí)間變大。從筒閥運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析，筒閥卡阻報(bào)警均是在筒閥始動(dòng)的時(shí)刻發(fā)生，由此可知該報(bào)警是由于筒閥接力器不動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成筒閥收到開(kāi)啟或關(guān)閉命令后超過(guò)10s動(dòng)作量小于1mm，從而發(fā)生卡阻報(bào)警，這是控制系統(tǒng)設(shè)置筒閥卡阻報(bào)警信號(hào)不符合實(shí)際設(shè)備運(yùn)行工況所致。

圖2筒閥不動(dòng)時(shí)間錄波圖

3.2失步、卡阻故障處理對(duì)策

3.2.1失步故障處理措施

針對(duì)不同故障原因，需要采取相應(yīng)的處理對(duì)策以避免或減少故障的發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)漫灣1號(hào)機(jī)組筒閥控制系統(tǒng)失步故障采取如下措施：

在筒閥接力器剛開(kāi)始動(dòng)作時(shí)刻，暫時(shí)退出筒閥失步判斷，以躲過(guò)油流沖擊引起最大偏差，而后再投入筒閥失步判斷。

以算術(shù)平均值為糾偏位移基準(zhǔn)量改成以最小位移值作為糾偏位移基準(zhǔn)量進(jìn)行糾偏。

經(jīng)驗(yàn)證，以算術(shù)平均值作為糾偏位移基準(zhǔn)量時(shí)，測(cè)得最大值與最小值的偏差達(dá)到6.10mm的最大偏差（見(jiàn)圖3）。以最小位移值作為糾偏位移基準(zhǔn)量時(shí)，

圖3筒閥最大值與最小值的偏差1錄波圖

測(cè)得最大值與最小值的偏差達(dá)到2.78mm的最大偏差（見(jiàn)圖4）。

由于以最小位移值作為糾偏位移基準(zhǔn)量，筒閥在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所有接力器均參與糾偏，糾偏頻率提高，糾偏效果明顯，大大降低了最大偏差值。最大偏差值滿足《水輪機(jī)筒閥基本技術(shù)條件》中3.9規(guī)定的要求。

圖4筒閥最大值與最小值的偏差2錄波圖

3.2.2卡阻故障處理措施

經(jīng)過(guò)對(duì)卡阻報(bào)警分析，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)1號(hào)機(jī)組筒閥控制系統(tǒng)卡阻故障采取如下措施：在筒閥接力器剛開(kāi)始動(dòng)作時(shí)刻，才投入筒閥卡阻判據(jù)，即筒閥在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中卡阻判據(jù)有效，筒閥靜止時(shí)，卡阻判據(jù)自動(dòng)退出。這樣設(shè)計(jì)符合筒閥實(shí)際運(yùn)行工況要求，不僅可以反應(yīng)筒閥機(jī)械卡死，而且不會(huì)出現(xiàn)筒閥誤報(bào)卡阻現(xiàn)象。

4　結(jié)束語(yǔ)

漫灣電廠1號(hào)機(jī)組筒閥發(fā)生失步和卡阻故障，原因是筒閥接力器不動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、液壓管路高壓油沖擊、糾偏效果不滿足控制要求等?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)控制程序作針對(duì)性優(yōu)化后，對(duì)筒閥控制系統(tǒng)進(jìn)行42次開(kāi)啟和關(guān)閉操作，筒閥未出現(xiàn)卡阻或失步故障現(xiàn)象，同時(shí)測(cè)得筒閥的最大偏差為2.78mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于筒閥控制程序優(yōu)化前的6.10mm。最終結(jié)果滿足筒閥同步要求，筒閥同步性得到較大的改善。

此次缺陷能夠得以有效地解決，正是基于對(duì)數(shù)據(jù)的綜合分析后作出了有針對(duì)性的處理和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：TV732.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）01-0046-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.015

收稿日期：2014-09-29

作者簡(jiǎn)介：王忠海（1984-），男，助理工程師，從事水電廠主機(jī)及自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行、檢修和管理等工作。