潘家口电厂机组制动风闸故障的分析处理

郑树宝

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

潘家口电厂机组制动风闸故障的分析处理

郑树宝

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北唐山064309）

水轮发电机组风闸释放不到位问题层出不穷，无论是单腔弹簧复位式结构，还是三腔油气分离式结构，活塞频繁动作造成密封或者缸体磨损，都会不定期的出现释放不到位问题，鉴于这一问题，根据不同情况进行分析，采取相应的处理措施，在一定程度上减少了因风闸释放不到位造成的机组启动不成功问题。

制动风闸；释放不到位；位置开关；缸体磨损；启动不成功

1 引言

潘家口蓄能电厂坐落于河北省迁西县境内的滦河干流，共安装有3台90 MW混流可逆式水轮发电机组，于1992年投入商业运行，是我国最早的大型抽水蓄能电站。全套机电设备引进意大利ABB公司产品，在电网中承担调峰、调频和事故备用任务，至今已运行25年，为京津唐电网安全稳定运行做出了重要贡献。

每台蓄能机组安装有8个风闸，圆周方向均布在转子下方，起到机组制动和顶转子的作用。每一个风闸上安装有位置开关，用于监视风闸的实际状态。在机组备用状态下，风闸始终处于投入状态，风闸的投入和释放参与停机和开机流程，一旦出现风闸释放不到位将直接影响机组的启动成功率。

2 故障现象

由于机组启动时风闸释放，且8个风闸位置开关串联使用，状态参与到机组启动流程中，一旦有一个风闸释放不到位将导致风闸位置接点不返回，机组将转入停机流程，造成机组启动不成功。每次出现该问题，检修维护人员就要进入发电机风洞内检查风闸。通过检查结果显示，4号机组4B7风闸释放不到位（风闸位置开关未接通）问题最为频繁。检修维护人员每次对风闸位置开关、风闸背母进行检查，未发现异常。为保证机组正常开机抽水，临时将风闸背母右旋180°（上移2 mm），调整后试验正常，并作标记。间隔一到两个月，上述问题会再次出现。为确保开机，再次对背母进行调整，将风闸背母右旋180°（上移2 mm），久而久之会使得正常机组运行时风闸闸板与风闸背母之间的间隙越来越小，调整空间有限。

3 原因分析

潘家口蓄能电厂机组制动风闸采用单腔弹簧复位式结构（如下页图1所示），风闸两侧安装有两个弹簧，一端固定在风闸缸体外侧，一端与闸板相连。风闸缸体内通过电磁阀充入压缩空气（0.6～0.8 MPa左右），风闸活塞在压缩空气的作用力下上移，使得风闸闸板与发电机转子下面安装的制动环摩擦，实现制动，与此同时风闸两侧的弹簧压缩储能。制动过程完成后，缸体内压缩空气通过电磁阀排出，风闸活塞在制动器两侧储能弹簧的作用下下移复归。

如图1所示，1为风闸缸体；3为风闸活塞；6为风闸背母；7为制动闸板托板；8为制动闸板（非金属）；9为弹簧导杆；11为弹簧；20为弹簧压紧螺母（调整螺母）。其中制动闸板托板通过球面支撑与活塞相接触。调整风闸背母可以调节风闸活塞的行程即风闸起升高度。以4号机组4B7制定风闸为例，4号机组4B7风闸多次出现复归不到位问题，从现场检查情况看并不是风闸背母松动，或者是行程开关松动造成；除了这两个原因能够造成风闸复归不到位外，还有另外三个原因：

图1 风闸结构简图

（1）风闸缸体内存在机组检修顶转子时残留的透平油，透平油未能够彻底排出，在缸体内部形成油泥，导致活塞复归动作缓慢或者不到位。

（2）风闸压缩空气含有水分，导致缸体内部锈蚀（机组大修时发现部分风闸缸体内部存在轻微锈蚀，处理后可以运行），导致风闸活塞复归动作缓慢或者不到位。

（3）风闸内部锈蚀痕迹或者活塞内表面不光滑，造成风闸活塞在上下移动过程中存在圆周方向的力，使其在上下移动的同时活塞还存在旋转，即与风闸背母发生圆周方向的相对位移，虽然风闸背母未旋转，但是背母与活塞的圆周方向的相对位移也可以造成风闸活塞上下行程距离的变化。

4 问题处理

鉴于以上几个原因，无论是油泥或者锈蚀造成，必须将风闸解体才能彻底处理，如果机组检修不具备条件，只能采用以下两种临时措施：

（1）调整风闸背母（右旋），但受到风闸闸板和转子制动环的距离局限，不能一味的调整。

（2）如果回复弹簧有压缩量（现场查看），可以适当调整复归弹簧，加大活塞复归压力；必须保证两侧弹簧调整一致，否则会造成活塞受到切向力而产生蹩劲现象，进而加剧风闸复归缓慢、不到位造成活塞密封磨损问题。

根据风闸结构和现场实际条件，选择第二种处理方式，现场测量每台机组的8个风闸两侧弹簧都有不低于10 mm的预留压缩量。为了保证调整时风闸两侧弹簧的受力一致，可以在两侧分别加上一个5 mm的钢制垫圈垫放到弹簧下端部，调整螺母的位置不动。根据胡克定律，即F=KX，（其中F为弹簧的回复力，单位为N；X为弹簧压缩量或者拉伸量，单位为m；K为弹簧的劲度系数），可以计算出调整后，风闸单侧增加的回复力为0.005 K，两侧增加的回复力之和为调整后风闸增加的回复力即△F=0.01 K。这样一来，风闸在撤去压缩空气压力后，在两侧弹簧的作用力下可以更好地复归，确保复归到位。当然，增加的垫片厚度也可以适当增加或者减小，具体要看现场弹簧是否还有足够的压缩量。以4B7为例，根据现场条件，应单侧增加5 mm厚度的钢制垫圈。

增加弹簧回复力的处理方法为过渡处理方式，要想彻底解决风闸的这种缺陷，必须对风闸进行解体处理。采用加垫的处理方式，操作起来简单便捷，对今后风闸运行不会产生危害，一旦处理的效果不理想可以随时撤去垫圈，复归到原始状态。另外，对风闸本身或者二次位置接点等也不存在衍生的问题。

利用机组检修期间，将该风闸吊出机坑，解体处理。利用油石、金相砂纸、研磨膏、呢子布等工器具、材料，对风闸活塞缸体内表面进行除锈抛光处理，去除缸体内部划痕和高点。同时对活塞表面的高点、划痕也一并处理。更换组合式密封后，对风闸进行耐压试验，试验压力为1.25倍的风闸顶起压力，要求耐压30 min无渗漏。

5 结论与建议

当前，水轮发电机组风闸释放不到位问题层出不穷，无论是单腔弹簧复位式结构，还是三腔油气分离式结构，长时间运行，活塞频繁动作造成密封或者缸体磨损，都会不定期的出现释放不到位问题，一旦发现不及时或者检修维护不到位势必影响机组启动。鉴于以上问题，提出如下建议：

（1）机组长时间备用情况下，在机组启动前做好风闸释放试验定期工作，这样避免机组突然启动情况下一旦发现释放不到位，处理不及时，造成启动不成功，尤其是调峰调频和事故备用机组（如抽水蓄能机组）。

（2）利用机组定检或者负荷低谷期进入发电机内部对风闸及位置开关进行检查，投退风闸，进行位置信号的传动，发现问题及时处理。

（3）由运行或者维护人员定期的对风闸供气管路和风闸本体进行排污，建议一周一次，避免供气管路内和风闸本体内残留较多的水、油等，造成缸体内壁锈蚀问题。

（4）根据机组运行频繁程度和运行小时数合理的制定风闸解体检修的周期，建议结合机组B级检修周期对风闸逐一解体检修、处理缸体和活塞，更换风闸密封并进行耐压试验。

[1]潘家口电厂检修规程[S].

[2]杨存勇，柴世强，余齐齐.发电机风闸不能正常复位的原因分析及讨论[J].水电站机电技术，2015（06）.

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[4]孟凯.水轮发电机机械制动装置存在的问题及改进[J].工程技术，2016（12）.

TV738

B

1672-5387（2017）12-0041-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.016

2017-11-01

郑树宝（1972-），男，助理工程师，从事水电厂运维管理工作。