鄭樹寶

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

潘家口電廠機(jī)組制動(dòng)風(fēng)閘故障的分析處理

鄭樹寶

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

水輪發(fā)電機(jī)組風(fēng)閘釋放不到位問題層出不窮，無論是單腔彈簧復(fù)位式結(jié)構(gòu)，還是三腔油氣分離式結(jié)構(gòu)，活塞頻繁動(dòng)作造成密封或者缸體磨損，都會(huì)不定期的出現(xiàn)釋放不到位問題，鑒于這一問題，根據(jù)不同情況進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的處理措施，在一定程度上減少了因風(fēng)閘釋放不到位造成的機(jī)組啟動(dòng)不成功問題。

制動(dòng)風(fēng)閘；釋放不到位；位置開關(guān)；缸體磨損；啟動(dòng)不成功

1 引言

潘家口蓄能電廠坐落于河北省遷西縣境內(nèi)的灤河干流，共安裝有3臺(tái)90 MW混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，于1992年投入商業(yè)運(yùn)行，是我國最早的大型抽水蓄能電站。全套機(jī)電設(shè)備引進(jìn)意大利ABB公司產(chǎn)品，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用任務(wù)，至今已運(yùn)行25年，為京津唐電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行做出了重要貢獻(xiàn)。

每臺(tái)蓄能機(jī)組安裝有8個(gè)風(fēng)閘，圓周方向均布在轉(zhuǎn)子下方，起到機(jī)組制動(dòng)和頂轉(zhuǎn)子的作用。每一個(gè)風(fēng)閘上安裝有位置開關(guān)，用于監(jiān)視風(fēng)閘的實(shí)際狀態(tài)。在機(jī)組備用狀態(tài)下，風(fēng)閘始終處于投入狀態(tài)，風(fēng)閘的投入和釋放參與停機(jī)和開機(jī)流程，一旦出現(xiàn)風(fēng)閘釋放不到位將直接影響機(jī)組的啟動(dòng)成功率。

2 故障現(xiàn)象

由于機(jī)組啟動(dòng)時(shí)風(fēng)閘釋放，且8個(gè)風(fēng)閘位置開關(guān)串聯(lián)使用，狀態(tài)參與到機(jī)組啟動(dòng)流程中，一旦有一個(gè)風(fēng)閘釋放不到位將導(dǎo)致風(fēng)閘位置接點(diǎn)不返回，機(jī)組將轉(zhuǎn)入停機(jī)流程，造成機(jī)組啟動(dòng)不成功。每次出現(xiàn)該問題，檢修維護(hù)人員就要進(jìn)入發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)檢查風(fēng)閘。通過檢查結(jié)果顯示，4號(hào)機(jī)組4B7風(fēng)閘釋放不到位（風(fēng)閘位置開關(guān)未接通）問題最為頻繁。檢修維護(hù)人員每次對(duì)風(fēng)閘位置開關(guān)、風(fēng)閘背母進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。為保證機(jī)組正常開機(jī)抽水，臨時(shí)將風(fēng)閘背母右旋180°（上移2 mm），調(diào)整后試驗(yàn)正常，并作標(biāo)記。間隔一到兩個(gè)月，上述問題會(huì)再次出現(xiàn)。為確保開機(jī)，再次對(duì)背母進(jìn)行調(diào)整，將風(fēng)閘背母右旋180°（上移2 mm），久而久之會(huì)使得正常機(jī)組運(yùn)行時(shí)風(fēng)閘閘板與風(fēng)閘背母之間的間隙越來越小，調(diào)整空間有限。

3 原因分析

潘家口蓄能電廠機(jī)組制動(dòng)風(fēng)閘采用單腔彈簧復(fù)位式結(jié)構(gòu)（如下頁圖1所示），風(fēng)閘兩側(cè)安裝有兩個(gè)彈簧，一端固定在風(fēng)閘缸體外側(cè)，一端與閘板相連。風(fēng)閘缸體內(nèi)通過電磁閥充入壓縮空氣（0.6～0.8 MPa左右），風(fēng)閘活塞在壓縮空氣的作用力下上移，使得風(fēng)閘閘板與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子下面安裝的制動(dòng)環(huán)摩擦，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，與此同時(shí)風(fēng)閘兩側(cè)的彈簧壓縮儲(chǔ)能。制動(dòng)過程完成后，缸體內(nèi)壓縮空氣通過電磁閥排出，風(fēng)閘活塞在制動(dòng)器兩側(cè)儲(chǔ)能彈簧的作用下下移復(fù)歸。

如圖1所示，1為風(fēng)閘缸體；3為風(fēng)閘活塞；6為風(fēng)閘背母；7為制動(dòng)閘板托板；8為制動(dòng)閘板（非金屬）；9為彈簧導(dǎo)桿；11為彈簧；20為彈簧壓緊螺母（調(diào)整螺母）。其中制動(dòng)閘板托板通過球面支撐與活塞相接觸。調(diào)整風(fēng)閘背母可以調(diào)節(jié)風(fēng)閘活塞的行程即風(fēng)閘起升高度。以4號(hào)機(jī)組4B7制定風(fēng)閘為例，4號(hào)機(jī)組4B7風(fēng)閘多次出現(xiàn)復(fù)歸不到位問題，從現(xiàn)場檢查情況看并不是風(fēng)閘背母松動(dòng)，或者是行程開關(guān)松動(dòng)造成；除了這兩個(gè)原因能夠造成風(fēng)閘復(fù)歸不到位外，還有另外三個(gè)原因：

圖1 風(fēng)閘結(jié)構(gòu)簡圖

（1）風(fēng)閘缸體內(nèi)存在機(jī)組檢修頂轉(zhuǎn)子時(shí)殘留的透平油，透平油未能夠徹底排出，在缸體內(nèi)部形成油泥，導(dǎo)致活塞復(fù)歸動(dòng)作緩慢或者不到位。

（2）風(fēng)閘壓縮空氣含有水分，導(dǎo)致缸體內(nèi)部銹蝕（機(jī)組大修時(shí)發(fā)現(xiàn)部分風(fēng)閘缸體內(nèi)部存在輕微銹蝕，處理后可以運(yùn)行），導(dǎo)致風(fēng)閘活塞復(fù)歸動(dòng)作緩慢或者不到位。

（3）風(fēng)閘內(nèi)部銹蝕痕跡或者活塞內(nèi)表面不光滑，造成風(fēng)閘活塞在上下移動(dòng)過程中存在圓周方向的力，使其在上下移動(dòng)的同時(shí)活塞還存在旋轉(zhuǎn)，即與風(fēng)閘背母發(fā)生圓周方向的相對(duì)位移，雖然風(fēng)閘背母未旋轉(zhuǎn)，但是背母與活塞的圓周方向的相對(duì)位移也可以造成風(fēng)閘活塞上下行程距離的變化。

4 問題處理

鑒于以上幾個(gè)原因，無論是油泥或者銹蝕造成，必須將風(fēng)閘解體才能徹底處理，如果機(jī)組檢修不具備條件，只能采用以下兩種臨時(shí)措施：

（1）調(diào)整風(fēng)閘背母（右旋），但受到風(fēng)閘閘板和轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)的距離局限，不能一味的調(diào)整。

（2）如果回復(fù)彈簧有壓縮量（現(xiàn)場查看），可以適當(dāng)調(diào)整復(fù)歸彈簧，加大活塞復(fù)歸壓力；必須保證兩側(cè)彈簧調(diào)整一致，否則會(huì)造成活塞受到切向力而產(chǎn)生蹩勁現(xiàn)象，進(jìn)而加劇風(fēng)閘復(fù)歸緩慢、不到位造成活塞密封磨損問題。

根據(jù)風(fēng)閘結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場實(shí)際條件，選擇第二種處理方式，現(xiàn)場測量每臺(tái)機(jī)組的8個(gè)風(fēng)閘兩側(cè)彈簧都有不低于10 mm的預(yù)留壓縮量。為了保證調(diào)整時(shí)風(fēng)閘兩側(cè)彈簧的受力一致，可以在兩側(cè)分別加上一個(gè)5 mm的鋼制墊圈墊放到彈簧下端部，調(diào)整螺母的位置不動(dòng)。根據(jù)胡克定律，即F=KX，（其中F為彈簧的回復(fù)力，單位為N；X為彈簧壓縮量或者拉伸量，單位為m；K為彈簧的勁度系數(shù)），可以計(jì)算出調(diào)整后，風(fēng)閘單側(cè)增加的回復(fù)力為0.005 K，兩側(cè)增加的回復(fù)力之和為調(diào)整后風(fēng)閘增加的回復(fù)力即△F=0.01 K。這樣一來，風(fēng)閘在撤去壓縮空氣壓力后，在兩側(cè)彈簧的作用力下可以更好地復(fù)歸，確保復(fù)歸到位。當(dāng)然，增加的墊片厚度也可以適當(dāng)增加或者減小，具體要看現(xiàn)場彈簧是否還有足夠的壓縮量。以4B7為例，根據(jù)現(xiàn)場條件，應(yīng)單側(cè)增加5 mm厚度的鋼制墊圈。

增加彈簧回復(fù)力的處理方法為過渡處理方式，要想徹底解決風(fēng)閘的這種缺陷，必須對(duì)風(fēng)閘進(jìn)行解體處理。采用加墊的處理方式，操作起來簡單便捷，對(duì)今后風(fēng)閘運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生危害，一旦處理的效果不理想可以隨時(shí)撤去墊圈，復(fù)歸到原始狀態(tài)。另外，對(duì)風(fēng)閘本身或者二次位置接點(diǎn)等也不存在衍生的問題。

利用機(jī)組檢修期間，將該風(fēng)閘吊出機(jī)坑，解體處理。利用油石、金相砂紙、研磨膏、呢子布等工器具、材料，對(duì)風(fēng)閘活塞缸體內(nèi)表面進(jìn)行除銹拋光處理，去除缸體內(nèi)部劃痕和高點(diǎn)。同時(shí)對(duì)活塞表面的高點(diǎn)、劃痕也一并處理。更換組合式密封后，對(duì)風(fēng)閘進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為1.25倍的風(fēng)閘頂起壓力，要求耐壓30 min無滲漏。

5 結(jié)論與建議

當(dāng)前，水輪發(fā)電機(jī)組風(fēng)閘釋放不到位問題層出不窮，無論是單腔彈簧復(fù)位式結(jié)構(gòu)，還是三腔油氣分離式結(jié)構(gòu)，長時(shí)間運(yùn)行，活塞頻繁動(dòng)作造成密封或者缸體磨損，都會(huì)不定期的出現(xiàn)釋放不到位問題，一旦發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或者檢修維護(hù)不到位勢(shì)必影響機(jī)組啟動(dòng)。鑒于以上問題，提出如下建議：

（1）機(jī)組長時(shí)間備用情況下，在機(jī)組啟動(dòng)前做好風(fēng)閘釋放試驗(yàn)定期工作，這樣避免機(jī)組突然啟動(dòng)情況下一旦發(fā)現(xiàn)釋放不到位，處理不及時(shí)，造成啟動(dòng)不成功，尤其是調(diào)峰調(diào)頻和事故備用機(jī)組（如抽水蓄能機(jī)組）。

（2）利用機(jī)組定檢或者負(fù)荷低谷期進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部對(duì)風(fēng)閘及位置開關(guān)進(jìn)行檢查，投退風(fēng)閘，進(jìn)行位置信號(hào)的傳動(dòng)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

（3）由運(yùn)行或者維護(hù)人員定期的對(duì)風(fēng)閘供氣管路和風(fēng)閘本體進(jìn)行排污，建議一周一次，避免供氣管路內(nèi)和風(fēng)閘本體內(nèi)殘留較多的水、油等，造成缸體內(nèi)壁銹蝕問題。

（4）根據(jù)機(jī)組運(yùn)行頻繁程度和運(yùn)行小時(shí)數(shù)合理的制定風(fēng)閘解體檢修的周期，建議結(jié)合機(jī)組B級(jí)檢修周期對(duì)風(fēng)閘逐一解體檢修、處理缸體和活塞，更換風(fēng)閘密封并進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

[1]潘家口電廠檢修規(guī)程[S].

[2]楊存勇，柴世強(qiáng)，余齊齊.發(fā)電機(jī)風(fēng)閘不能正常復(fù)位的原因分析及討論[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2015（06）.

[3]陳偉斌.水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)風(fēng)閘復(fù)歸不正常的原因及處理方法[J].廣東科技，2009（02）.

[4]孟凱.水輪發(fā)電機(jī)機(jī)械制動(dòng)裝置存在的問題及改進(jìn)[J].工程技術(shù)，2016（12）.

TV738

B

1672-5387（2017）12-0041-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.016

2017-11-01

鄭樹寶（1972-），男，助理工程師，從事水電廠運(yùn)維管理工作。