周 伍，董文婷

(長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

葛洲壩電站12號(hào)機(jī)組屬大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量150 MW，設(shè)計(jì)水頭18.6 m，額定轉(zhuǎn)速62.5 rpm。調(diào)速器為能事達(dá)公司W(wǎng)BST-150-4.0型微機(jī)步進(jìn)電機(jī)式導(dǎo)輪葉雙調(diào)節(jié)調(diào)速器(見(jiàn)圖1)，采用步進(jìn)電機(jī)+主配壓閥的結(jié)構(gòu)形式，主配直徑150 mm，系統(tǒng)額定油壓4.0 MPa，是帶機(jī)械位移反饋的二級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，其導(dǎo)葉、輪葉機(jī)械位置信號(hào)均采用鋼絲繩反饋，通過(guò)杠桿作用在引導(dǎo)閥上實(shí)現(xiàn)機(jī)械自復(fù)中功能。

圖1 調(diào)速器輪葉側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖

1 故障現(xiàn)象

葛洲壩電站12號(hào)機(jī)組在年度例行檢修后，進(jìn)行調(diào)速器動(dòng)作試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)每次操作輪葉時(shí)，輪葉側(cè)主配壓閥均出現(xiàn)持續(xù)的低頻抽動(dòng)現(xiàn)象，并引發(fā)輪葉側(cè)引導(dǎo)閥及杠桿、反饋裝置、調(diào)速油管路乃至機(jī)頭受油器處均出現(xiàn)3 Hz左右共振，且各部位振動(dòng)幅度較大，必須通過(guò)動(dòng)作手操機(jī)構(gòu)，在反饋杠桿處施加作用力，方能遏制振動(dòng)。

2 故障檢查與分析

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)，輪葉側(cè)出現(xiàn)低頻共振的概率約在70%左右，與操作平穩(wěn)性有一定關(guān)系，在輪葉極限位置更容易引發(fā)共振，而導(dǎo)葉側(cè)多次試驗(yàn)未出現(xiàn)此類現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)檢查了輪葉反饋鋼絲繩、導(dǎo)向滑輪以及重錘均在正常工作位置，輪葉引導(dǎo)閥、主配壓閥以及杠桿導(dǎo)向桿均能夠靈活動(dòng)作，未見(jiàn)調(diào)速器機(jī)械部件存在異常情況[1]。

由于修前無(wú)類似缺陷的記錄，而本次檢修工作中更換了調(diào)速器輪葉側(cè)屈服連桿內(nèi)的彈簧，增大了彈簧K值以提高調(diào)速器響應(yīng)速度和自復(fù)中能力，故初步分析是因?yàn)楦鼡Q屈服彈簧降低了輪葉調(diào)速器的緩沖能力，調(diào)節(jié)過(guò)程中產(chǎn)生了液壓沖擊引發(fā)共振?；诖朔治?，調(diào)低屈服彈簧預(yù)緊力無(wú)果后，回裝了原屈服機(jī)構(gòu)組件，但輪葉操作試驗(yàn)仍出現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)共振[2]。

多次試驗(yàn)過(guò)程中，我們注意到，機(jī)組機(jī)頭罩受油器處共振幅值達(dá)2 mm左右，而且偶爾出現(xiàn)的正常無(wú)共振操作中，在輪葉調(diào)節(jié)啟動(dòng)和停止的瞬間，機(jī)頭罩及受油器也有一定程度的振動(dòng)。經(jīng)過(guò)甄別，在無(wú)共振操作中，輪葉操作油管的振動(dòng)，越靠近受油器處越強(qiáng)烈，靠近主配壓閥側(cè)反而幾乎無(wú)振動(dòng)，因而推斷每次操作受油器處產(chǎn)生了異常振動(dòng)，并且向外部傳導(dǎo)[3]，這是否會(huì)是調(diào)速器共振的激振源呢？

現(xiàn)場(chǎng)檢查我們發(fā)現(xiàn)，雖然輪葉反饋裝置自身工作狀態(tài)正常，但有2個(gè)反饋鋼絲繩的導(dǎo)向滑輪安裝在受油器外罩上(見(jiàn)圖2)，在每次輪葉操作過(guò)程中，受油器外罩振動(dòng)都會(huì)直接帶動(dòng)導(dǎo)向滑輪振動(dòng)，從而造成鋼絲繩位置反饋信號(hào)發(fā)生變化，一旦這種變化超出了整個(gè)反饋裝置的死區(qū)范圍，就會(huì)拉動(dòng)輪葉引導(dǎo)閥偏離中間位置，啟動(dòng)一次反方向的輪葉位置調(diào)節(jié)。而由于每次受油器罩的振動(dòng)速度極快，其所引發(fā)的位置反饋信號(hào)變化比較激烈，一旦變化量突破反饋裝置死區(qū)，則引發(fā)的引導(dǎo)閥回調(diào)表現(xiàn)也較激烈，必然造成受油器的再次反向大幅振動(dòng)，從而形成“受油器→反饋裝置→調(diào)速器→受油器”的一個(gè)循環(huán)，形成低頻共振[4]。

在多次試驗(yàn)中，這一低頻共振的傳遞路徑分析得到了反復(fù)驗(yàn)證。

圖2 輪葉受油器結(jié)構(gòu)圖

3 故障處理

顯然，根據(jù)我們的故障分析，消除調(diào)速器低頻振動(dòng)缺陷的重點(diǎn)在于遏制每次輪葉調(diào)節(jié)過(guò)程中受油器的初始振動(dòng)。

實(shí)際上，我們從圖2輪葉受油器結(jié)構(gòu)圖上可以看出，輪葉操作過(guò)程中，受油器必然會(huì)受到液壓油沖擊，并產(chǎn)生一定的振動(dòng)，尤其是輪葉開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)，受油器整體受向上的液壓力沖擊最大。但根據(jù)我們多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)機(jī)組調(diào)速器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及受油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這一沖擊引發(fā)的振動(dòng)幾乎控制在了不可人為感知的范疇內(nèi)[5]。為什么12號(hào)機(jī)組在每次輪葉操作中受油器處都產(chǎn)生如此明顯的振動(dòng)呢？

據(jù)觀測(cè)，機(jī)組上機(jī)架在受油器初始振動(dòng)中穩(wěn)定性良好，為此，我們檢查了受油器底部與上機(jī)架之間的把緊螺栓。發(fā)現(xiàn)受油器底部的24個(gè)M30螺栓出現(xiàn)了嚴(yán)重的松動(dòng)情況，最大松動(dòng)量達(dá)到約3 mm(見(jiàn)圖3)。

圖3 受油器底部把緊螺栓松動(dòng)情況圖片

初步緊固受油器底部把緊螺栓后，重新進(jìn)行輪葉操作試驗(yàn)，并且重新安裝了新的屈服連桿組件，受油器初始振動(dòng)控制良好，未再次出現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)共振情況，這也直接證明了故障分析和處理的思路是正確的。

為了進(jìn)一步明確受油器把緊螺栓松動(dòng)的原因，我們逐個(gè)檢查了把緊螺栓，發(fā)現(xiàn)大部分尼龍絕緣套的肩部都存在壓損情況，個(gè)別甚至已經(jīng)完全破裂分離，對(duì)此我們更換了該部位全部絕緣套，新絕緣套選用了更高強(qiáng)度的環(huán)氧材質(zhì)。

據(jù)此我們還排查了其他機(jī)組相同部位絕緣套以及把緊螺栓的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)該部位絕緣套主要采用了尼龍和環(huán)氧兩種材質(zhì)，其中幾臺(tái)采用尼龍材質(zhì)絕緣套的機(jī)組，部分存在類似12號(hào)機(jī)組的絕緣套壓損、螺栓松動(dòng)的情況(見(jiàn)圖4)，為此我們安排了擇機(jī)統(tǒng)一處理。

圖4 尼龍絕緣套受損情況圖片

4 結(jié) 語(yǔ)

葛洲壩電站12號(hào)機(jī)組受油器把緊螺栓使用的尼龍絕緣套運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在受油器長(zhǎng)期沖擊振動(dòng)下加速損壞，恰逢在本次檢修中更換輪葉側(cè)屈服連桿后，調(diào)速器自復(fù)中能力提高、緩沖能力下降，輪葉操作試驗(yàn)時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)低頻共振，更加劇烈地破壞尼龍絕緣套，導(dǎo)致即使恢復(fù)原屈服連桿后，調(diào)速器輪葉側(cè)仍然出現(xiàn)嚴(yán)重的低頻共振。通過(guò)更換絕緣套、緊固受油器把緊螺栓，順利消除了此項(xiàng)故障。

調(diào)速系統(tǒng)對(duì)整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，此次葛洲壩電站12號(hào)機(jī)組例行檢修中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除了調(diào)速器輪葉側(cè)低頻共振這一重大故障，有效保障了調(diào)速系統(tǒng)乃至整個(gè)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。整個(gè)過(guò)程思路清晰、判斷準(zhǔn)確、行動(dòng)迅速，排除了屈服連桿等干擾信息，找到了“受油器→反饋裝置→調(diào)速器→受油器”的共振循環(huán)機(jī)理，查明了受油器異常振動(dòng)的原因，并在全站范圍內(nèi)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的普查并安排處理，一定程度上體現(xiàn)了電站的設(shè)備管理水平，其中的思路與方法以及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，值得同類型電站參考、借鑒。