黃燦成

（大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，南寧 530031）

水電廠在常年累月的運(yùn)行中不可避免會出現(xiàn)一些故障，水電機(jī)組溜負(fù)荷和過速時(shí)有發(fā)生，溜負(fù)荷有時(shí)表現(xiàn)為無任何報(bào)警、不易察覺的特性，而其危害在于影響全廠有功出力、引起機(jī)組有功進(jìn)相或者事故跳閘停機(jī)等[1]。某水電廠發(fā)生一起水電機(jī)組事件：在并網(wǎng)時(shí)突然失控且逐步溜負(fù)荷，無法通過正常停機(jī)流程實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)，投入緊急停機(jī)閥機(jī)組使機(jī)組甩負(fù)荷，但機(jī)組導(dǎo)葉卻未立即關(guān)閉造成機(jī)組過速。本文針對此事件進(jìn)行原因分析，并簡述處理方法及整改措施。

1 事件概況

某水電廠總裝機(jī)容量為6×32 MW，燈泡貫流式機(jī)組。其中3號機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)電氣部分為南京南瑞集團(tuán)公司SAFR-2000型產(chǎn)品，采用雙單片機(jī)的主機(jī)模件，配合電源模件、輸入/輸出模件、通道切換模件、綜合控制模件、放大模件及傳感器等組成控制系統(tǒng)；液壓部分為美國伍德沃德（WOODWARD）主配壓閥，電液轉(zhuǎn)換器采用伺服比例閥，導(dǎo)葉和輪葉采用電液轉(zhuǎn)換器均單一的伺服比例閥，液壓部分沒有純手動功能，機(jī)組配備重錘但無重錘關(guān)閉閥。本次故障發(fā)生時(shí)3 號機(jī)組處于正常發(fā)電狀態(tài)，機(jī)組出力為18 MW。事件經(jīng)過如下：

13：53，集控將3 號機(jī)組負(fù)荷14 MW 調(diào)整至18 MW，發(fā)現(xiàn)負(fù)荷沒有增加，1 min 后，再次設(shè)置19 MW，負(fù)荷仍沒有增加。

14：03，集控告知3 號機(jī)組負(fù)荷無法調(diào)節(jié)，且有下溜趨勢。將3 號機(jī)組控制權(quán)切回廠站側(cè)，由廠站調(diào)控。

14：08，3 號機(jī)組負(fù)荷下降至12 MW，上位機(jī)設(shè)值負(fù)荷給定15 MW，負(fù)荷沒有增加。遂向集控申請將3號機(jī)組導(dǎo)葉、槳葉控制切手動。

14：11，將3號機(jī)組調(diào)速器切手動。現(xiàn)地多次手動調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度沒有變化，槳葉可正常手動調(diào)節(jié)。

14：20，將調(diào)速器調(diào)節(jié)器切至A 套主用后，監(jiān)控上位機(jī)和調(diào)速器電氣柜仍無法調(diào)節(jié)負(fù)荷。

14：28，向集控申請同意切換機(jī)組運(yùn)行，開6 號機(jī)組，停3號機(jī)組。

14：30，上位機(jī)發(fā)令停3 號機(jī)組，機(jī)組負(fù)荷未下降流程退出，停機(jī)失敗。

14：37，按下3 號機(jī)組現(xiàn)地單元緊急停機(jī)按鈕，出口開關(guān)跳閘后，現(xiàn)場人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開度保持在48%左右，槳葉關(guān)至0，機(jī)組轉(zhuǎn)速未下降反而繼續(xù)上升，在2 min 內(nèi)上升到160%額定轉(zhuǎn)速，現(xiàn)場人員進(jìn)行應(yīng)急檢查發(fā)現(xiàn)緊急停機(jī)電磁閥動作線圈已動作（線圈表面發(fā)熱），但導(dǎo)葉主配仍未動作，拍打振動緊急停機(jī)電磁閥，導(dǎo)葉主配即動作關(guān)閉停機(jī)，機(jī)組過速整個(gè)過程約3 min，最高轉(zhuǎn)速達(dá)166%額定轉(zhuǎn)速。

2 故障分析

2.1 負(fù)荷調(diào)節(jié)異常分析

機(jī)組停機(jī)后，通過查閱上位機(jī)監(jiān)控錄波發(fā)現(xiàn)自2020 年6 月9 日13：40 開始至14：37 結(jié)束，3 號機(jī)組負(fù)荷從約18 MW逐漸下降至約12 MW，導(dǎo)葉開度從約83%以恒定的速率緩慢關(guān)閉至約48%。

控制權(quán)切回廠站側(cè)的13：53 開始至14：37 期間，維護(hù)人員通過各種方式進(jìn)行調(diào)節(jié)負(fù)荷的干預(yù)，但3 號機(jī)組負(fù)荷和導(dǎo)葉開度未發(fā)生相應(yīng)的改變，仍然是以恒定的速率緩慢下降。以此推斷主配閥芯在此時(shí)間段內(nèi)一直處于稍偏離中間位置，致使導(dǎo)葉關(guān)閉，機(jī)組負(fù)荷緩慢下降。故初步分析為導(dǎo)葉自動和電手動控制的公共部分（見圖1）故障（導(dǎo)葉綜合控制模件故障、導(dǎo)葉綜合放大模件故障）或主配壓閥發(fā)卡，以下進(jìn)一步分析。

圖1 3號機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.2 機(jī)組停機(jī)異常分析

現(xiàn)場按下3 號機(jī)組緊急停機(jī)按鈕，機(jī)組應(yīng)通過常規(guī)回路（硬接點(diǎn)）投入緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥直接關(guān)閉導(dǎo)葉，但實(shí)際上導(dǎo)葉開度還是保持原狀，可能原因是緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥未動作或主配發(fā)卡。

綜上分析，本次故障的原因可能是導(dǎo)葉控制綜合模件故障或緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥卡阻引起的。

3 故障分析及處理

3.1 初步檢查

（1）停機(jī)后，斷開緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥的電器控制回路，人為手動操作電磁空氣閥，發(fā)現(xiàn)電磁空氣閥有卡阻現(xiàn)象。

（2）停機(jī)后，多次測試了緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥電氣控制回路及其線圈沒有發(fā)現(xiàn)有故障現(xiàn)象，判斷事故停機(jī)控制回路和緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥線圈無異常。

（3）停機(jī)后對主配靈活性檢查，閥芯上下動作未見卡澀，推斷主配發(fā)卡故障可能性較小。

3.2 檢修分析處理

故障發(fā)生后，為查清故障原因并及時(shí)消缺保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，水電廠對該機(jī)組立即開展了為期5 d的D級檢修。檢修主要進(jìn)行了導(dǎo)葉伺服比例閥和主配壓閥解體清洗檢查、更換了導(dǎo)葉綜合控制模件、導(dǎo)葉綜合放大模件等工作。檢修后模擬機(jī)組開停機(jī)及增減負(fù)荷有不能正常動作的情況；模擬機(jī)組緊急停機(jī)時(shí)，也出現(xiàn)了導(dǎo)葉依然未關(guān)閉停機(jī)情況。因已對導(dǎo)葉伺服比例閥和主配壓閥進(jìn)行清洗檢查、更換了導(dǎo)葉綜合控制模件、導(dǎo)葉綜合放大模件。故接下來重點(diǎn)檢查液壓控制系統(tǒng)（見圖2），推斷故障點(diǎn)應(yīng)該在緊急停機(jī)閥相關(guān)液壓控制部分。

圖2 3號機(jī)組液壓控制系統(tǒng)圖（局部）

緊急停機(jī)閥結(jié)構(gòu)其由電磁空氣閥和液動閥本體兩部分組成（見圖3），電磁空氣閥作為其控制先導(dǎo)閥。正常情況下，在緊急停機(jī)閥未動作時(shí)，緊急停機(jī)液動閥處于圖3所示的a控制位，此時(shí)B油口與P 油口相通，由導(dǎo)葉伺服比例閥控制調(diào)節(jié)主配壓閥動作；而當(dāng)緊急停機(jī)投入時(shí)，電磁空氣閥控制液動閥動作使其處于b 控制位，此時(shí)A 油口與P 油口相通，主壓力油直接控制主配壓閥朝導(dǎo)葉關(guān)閉方向動作。

圖3 緊急停機(jī)閥結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場檢查試驗(yàn)多次按下3 號機(jī)組緊急停機(jī)按鈕，正常情況下機(jī)組應(yīng)通過常規(guī)回路（硬接點(diǎn)）投入緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥直接關(guān)閉導(dǎo)葉，但當(dāng)時(shí)未見導(dǎo)葉關(guān)閉。遂檢查緊急停機(jī)閥的電磁空氣閥線圈，發(fā)現(xiàn)其已得電并已發(fā)熱，證明電氣回路正常；為進(jìn)一步檢查緊急停機(jī)閥是否存在問題，人為拆開緊急停機(jī)閥液動閥的外殼端蓋，使用螺絲刀分別在液動閥的a、b 端嘗試推動液動閥的閥芯，經(jīng)多次反復(fù)操作后發(fā)現(xiàn)很難推動閥芯移位。另外，現(xiàn)場檢查緊急停機(jī)閥的液動閥發(fā)現(xiàn)其兩端的回油端口T均被封堵，也即是無論緊急停機(jī)閥處于何種狀態(tài)，液動閥的T 腔道內(nèi)始終注滿壓力油，由此推斷故障的原因?yàn)榫o急停機(jī)閥的液動閥部分內(nèi)部憋勁，致使控制油壓不能正常作用于主配壓閥。

在更換緊急停機(jī)閥后，模擬自動、手動開停機(jī)與增減負(fù)荷正常，模擬緊急停機(jī)正常。

4 故障處理評價(jià)以及建議

本次故障主要原因?yàn)榫o急停機(jī)閥的液動閥內(nèi)部憋勁造成，使用時(shí)將液動閥的回油端口T 直接封堵，此為設(shè)計(jì)使用缺陷?，F(xiàn)場經(jīng)過對緊急停機(jī)閥更換后，控制系統(tǒng)動作正常，處理效果良好。此次故障雖未造成大的事故且最終也查明原因并得到良好的處理效果，但其暴露的故障后機(jī)組控制系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制不到位致使機(jī)組失控過速的問題，值得所有同類型電站機(jī)組管理人員重視。

（1）電站設(shè)計(jì)建造年份早，當(dāng)時(shí)未設(shè)計(jì)安裝快速門，在緊急狀態(tài)下無法通過快速門使機(jī)組停機(jī)。

（2）雖配備了重錘，卻未配置重錘關(guān)閉閥。在過速或其它緊急狀態(tài)下需手動排油，無法實(shí)現(xiàn)重錘快速關(guān)閉導(dǎo)葉，導(dǎo)致機(jī)組過速甚至飛逸。

（3）在未配置快速門及重錘關(guān)閉閥的情況下，調(diào)速器控制系統(tǒng)不具備純手動控制功能。在調(diào)速器控制系統(tǒng)電氣部分失靈時(shí)，無法通過純手動操作安全可靠的關(guān)閉機(jī)組。

（4）關(guān)鍵控制保護(hù)部件選用不恰當(dāng)，安裝后未經(jīng)足夠試驗(yàn)驗(yàn)證，關(guān)鍵時(shí)候不能可靠動作。

針對以上4 點(diǎn)問題，綜合考慮可行性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性，建議該水電廠盡快安排相關(guān)技改，對調(diào)速器控制系統(tǒng)增加純手動控制功能以及給重錘配置重錘關(guān)閉閥。

5 結(jié)語

水電機(jī)組液壓控制閥件的選型使用應(yīng)經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算論證、試驗(yàn)驗(yàn)證，因選型設(shè)計(jì)失誤會造成異常故障的出現(xiàn)，甚至事故的發(fā)生，對于前期水機(jī)保護(hù)設(shè)置不足的，宜制定相應(yīng)的預(yù)防事故控制措施，避免因設(shè)置的保護(hù)裝置不足出現(xiàn)事故。本文對該故障事件進(jìn)行分析，簡述故障處理措施，提出合理整改完善建議，是希望能為存在同類問題同類型水電廠處理相關(guān)類似故障提供思路，以便提前采取及時(shí)有效地防范措施確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高水電廠的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。