调速器引导阀卡涩的原因分析及处理措施

翟志亮，陈树峰

(吉林松江河水力发电有限责任公司，吉林 白山 134500)

0 概述

某水电站安装2台轴流转浆式水轮发电机组，单机容量35 MW。调速器采用武汉四创自动控制技术有限责任公司生产的WZT—100/80—6.3-SC03步进式无油电转可编程双微机调速器，是一种具有比例、积分、微分(PID)调节规律的新型数字式转速及功率调节器。它采用伺服电机直线位移转换器，可接受微机调速器发出的电信号并转换成机械位移，以此调整导叶开度、浆叶转角，改变进入水轮机的流量及轮叶的受力面积，从而调节水轮发电机组的转速和功率。

1 事件经过

某日15：32：32，该水电站上位机发出开机命令，机组在开机并网过程中出现导叶开度在25 %，9 %，20 %，30 %，10 %的不正常调节现象。机组开机过程中，正常导叶开度应是先开至16 %，在机组转速达到90 %额定转速时，将导叶开度调整至10 %。

15：34：41，机组并网带负荷，在带负荷过程中机组导叶开度反复来回调节，机组带30 MW负荷时出现振动，摆度过大，数据如表1所示。

15：37：00，汇报调度机组振动、摆度过大，申请停机，调度同意。

15：39：54，机组出口断路器QF分闸，机组停机至稳态。到水车室检查，发现5号导叶拐臂连杆与控制环连接脱离。汇报调度及相关领导，并通知检修人员处理。

16：00：00，对故障机组做隔离、防转措施，投入机组紧急停机电磁阀、落快速闸门、机组引水隧洞蜗壳排水，为检修人员对5号脱落连杆的连接做好准备工作。

18：00：00，机组引水隧洞蜗壳水压为0，需要手动调整导叶开度对脱落连杆进行连接。在退出紧急停机电磁阀后，出现机组导叶自动开至20 %后又全关的异常现象。再次投、退紧急停机电磁阀，仍出现导叶开启后再关闭的现象。

18：15：00，将调速器导叶控制把手切至“机手动”位置，将导叶开度调整至70 %。在手动操作调速器手轮过程中，发现调速器手轮有发卡现象，调速器手轮在开启后不能马上复中，延时1—2 s。

2 原因分析

2.1 调速器工作原理

机械液压控制系统组成及原理如图1所示。

表1 振动与摆度 μm

图1 机械液压控制系统组成及原理

(1) PLC调速器控制系统根据输入电信号和接力器位置反馈，经PID运算、放大后，输出数字信号给无油电液转换器，无油电液转换器再输出成比例的位移，经引导阀和主配压阀液压放大而形成巨大的操作力，控制水轮机的导叶开度α和桨叶转角φ，实现水轮发电机组的调速和负荷控制。电液(比例)随动系统具有二级液压放大，第1级是引导阀和辅助接力器，第2级是主配压阀和主接力器。

(2) PLC调速器控制系统将输出信号与接力器位置反馈信号进行比较放大后，输出数字信号驱动步进电机带动滚珠丝杆及自动复中装置，产生与输出信号成比例的位移。因该装置与引导阀直接连接，此位移使引导阀产生相同的位移行程，并通过辅助接力器使主配压阀也产生相应的位移，同时向主接力器配油使之产生位移，直到主接力器位置信号与输出的数字信号相等为止。

2.2 故障现象原因分析

2.2.1 机组开机并网过程中导叶开度反复调节

检查调速系统油管路是否存在空气或堵塞、是否存在较大摩擦力的现象。经操作检查分析，调速器油管路中没有压缩空气，不存在油管路堵塞情况。

检查调速器电调回路是否正常、是否存在PLC回路给调速器开关导叶命令的现象。检查电调回路，未发现有寄生回路，步进电机无故障，调速器参数设置合理，因而可排除电调故障引起导叶开度反复调节。

因调速器手轮操作过程中存在卡涩现象，分析确定导叶开度反复调节由调速器引导阀卡涩引起。在开机过程中，上位机给调速器开机命令开导叶，但由于调速器引导阀卡涩拒动，PLC再次发出开导叶脉冲，这时调速器开腔配油动作开导叶，2个脉冲叠加使导叶实际开度会比原来要达到的开度大，造成过调节；这时PLC会发出关导叶脉冲，由于调速器引导阀卡涩拒动，PLC会再次发出关导叶脉冲，使调速器关腔配油动作关导叶，同样造成调速器关导叶时过调节，如此就造成了导叶开度反复调节现象。

2.2.2 5号导叶拐臂连杆与控制环脱离

由于导叶拐臂连杆与控制环连接方式为耳柄销轴连接，上下没有防脱落挡板和固定销，在导叶调速器频繁反复过调节时，机组控制环来回摆动，并产生轴向振动，在轴向不平衡力的作用下使5号导叶拐臂连杆与控制环脱离(如图2，3所示)。

图2 导叶拐臂连杆正常连接

图3 导叶拐臂连杆脱落

2.2.3 机组振动与摆度过大

在5号导叶拐臂连杆脱落后，机组各部振动、摆度异常超标，顶盖轴向振动达1 000 μm。这是由于5号导叶不受控制环调节，在水力的作用下5号导叶会误开或误关，开度与其他导叶开度不一致，进入水轮机流量不均，水力不平衡，使水轮机桨叶受力不均，导致机组振动、摆度增大。

2.2.4 紧急停机电磁阀复归后导叶先开启再关闭

因紧急停机电磁阀投入时，主接力器有压紧行程，在紧急停机电磁阀复归后，导叶调速器会有1个很短的开导叶脉冲，恢复压紧行程，使导叶到全关状态。由于导叶调速器引导阀卡涩，使开导叶不能执行，调速器再发开导叶脉冲，在调速器引导阀不卡可以执行开导叶脉冲时，导叶开到一个较大的开度，这时调速器再发关导叶命令，使导叶全关。

2.2.5 导叶调速器引导阀卡涩

在调速器检修后的安装过程中，各零部件没有清洗干净，造成杂质进入调速器内部；调速系统透平油过滤不彻底，或调速系统油管路检修后未清理干净，造成杂质进入调速器内部；引导阀安装时与主配压阀不同心，导致操作过程中发生卡涩。根据实际情况分析，以上情况均是导致调速器引导阀卡涩的原因。

3 故障处理

3.1 5号导叶拐臂连杆与控制环连接

在蜗壳无水压的情况下，将机组导叶开度调整至与5号导叶开度一致，将5号导叶拐臂与连杆连接向上移动3 cm，使5号导叶拐臂连杆与控制环上销轴能够进行连接，用大锤将连杆砸入销轴，把5号导叶拐臂与连杆连接牢固。再对机组其他导叶拐臂连杆进行检查处理，将上翘的连杆重新固定。

3.2 导叶调速器引导阀卡涩处理

(1) 检查调速器滤油器，对滤油器进行切换，取出滤油器的2个滤网，滤网上有些杂质，对滤网进行清洗回装。回装后试验，手动操作调速器手轮还发卡。

(2) 对调速器进行分解，检查复中下弹簧和复中上弹簧动作正常，无卡涩现象。取出引导阀，发现引导阀上有杂质和磨损现象，主配压阀内也有杂质。用清洁吸尘器对杂质进行清理，再用煤油反复清洗干净，确认无杂质残留。对引导阀磨损的部位用细砂纸进行打光。重新更换O型密封垫进行回装，回装后引导阀活塞能靠自重在阀体内自行滑动无卡涩。给压力油试验调速器手轮手动开关导叶正常；通过紧急停机电磁阀上的按钮停机，试验自动复中装置，满足接力器在5 min内的飘移量小于1 mm的自动复中要求后，再将螺母并紧。

4 结束语

通过故障现象和原因分析，确定这是调速器引导阀卡涩引起的调速器反复调节，造成导叶拐臂连杆脱落，造成机组振动与摆度过大、机组停机的连锁反应事件。在以后的设备检修中，要严把质量关，把安全隐患消除在萌芽状态。针对导叶拐臂连杆容易与控制环脱落的情况，提出在销轴上下两端加装挡板的措施的建议，防止连杆受振动再次脱落。