关于水电厂调速器事故配压阀误动作原因分析

关于水电厂调速器事故配压阀误动作原因分析

孙浩宸

前言：本文主要针对某水电站2号水轮发电机组调速器在调试过程中发生的事故配压阀误动作，开展了事故原因查找及分析工作。从事故配压阀的电气和液压系统着手进行试验与分析，发现其主要原因为分段关闭阀和接力器锁定操作引起调速器压力油总管内压力波动，造成紧随其后的事故配压阀压力油管内的压力骤降，从而使事故配压阀误动作。继而提出了简单易操作的解决方案，即优化调速器液压系统的管路设计布置，并调整机组开停机控制流程。

1.事故配压阀和调速器液压操作原理

1.1事故配压阀工作原理

事故配压阀主要应用在大中型水电站水轮发电组的过速保护系统中，当机组转速过高、主配压阀活塞关闭拒动、调速器关闭导水机构操作失灵时，切断主配压阀与接力器之间的油路，直接将压力油从油压装置接入接力器，使接力器迅速关闭，实现机组紧急停机。某水电站采用SGP集成事故配压阀，即将先导电磁阀、油阀和事故配压阀集成于一体，是二位六通型换向阀[1]。

水轮机在正常运行时，连接油管是通过先导电磁阀来与压力油P1接通，事故配压阀的阀芯在压力油P1和P2差压作用下处于图中左侧位置，事故配压阀的P腔和O腔切断，主配压阀的开启和关闭腔分别与接力器的开启和关闭腔相通，即A与B腔接通，D与C接通。简而言之，机组正常运行时，事故配压阀仅作为主配压阀与导叶接力器之间的通道，不参与控制。

电站事故配压阀仅在紧急事故停机情况下参与控制，主要有以下几种情况。

首先，当调速器主配拒动，关闭导水机构失灵，机组转速升高，电气过速动作，事故配压阀先导电磁阀受过速保护信号动作，电磁阀换向，将压力油切断，P1接口与回油接通，事故配压阀的阀芯1在差压作用下向右侧移动，事故配压阀换向，油压装置的压力油接入接力器，使其迅速关闭。其次，机械液压过速保护装置动作，P1接口与回油接通，事故配压阀的阀芯1在差压作用下向右侧移动，事故配压阀换向，油压装置的压力油接入接力器，使其迅速关闭[2]。

1.2调速系统液压操作原理

在机组正常开停机情况下，PID调节器的单位控制器输出的调节信号经电液伺服阀放大后转变成为具有一定压力的流量信号，并经引导阀后控制主配压阀。主配压阀将液压信号进一步放大，通过接力器去控制导叶接力器，以达到改变导叶开度的目的。

1.3机组开停机控制流程

水轮发电机组开停机控制流程应从保证其通用性、安全性、实时性和可靠性方面进行设计。正是基于该原则，某电站水轮发电机组开停机流程严格参照规范来设计。

2.事故配压阀误动作及原因

在某水电站二号水轮发电机组调试中，甩100%负荷后准备重新增至额定负荷进行调速器事故低油压试验，当机组增至满负荷时，事故配压阀出现误动，导致机组导叶迅速关闭。

事故配压阀仅在紧急停机情况下动作。依据机组控制流程，对相关部位进行检查，未查出故障点。从机组监控了解到，机组快加到满负荷时导叶位置超过了拐点（78%），开出复归分段关闭阀的命令，随即事故配压阀动作，但监控并没有发出事故配压阀动作的信号。在2号水轮发电机组进行开停机操作调试时，停机结束以后，监控同时发出了投入接力器锁定和复归分段关闭阀2条指令，事故配压阀动作，但从机组监控了解到，并没有开出事故配压阀动作的指令。通过现场不断的调试和试验，发现在机组停机流程中，复归分段关闭阀和投接力器锁锭2条指令间增加了5s延时，经过调试，机组再进行停机操作时，事故配压阀就没有出现先前的动作[3]。

事故配压阀在监控没有发出信号的情况下动作，一方面可能是电磁线圈异常，另一方面可能是调速器液压系统存在问题。对于上述两种情况，先将事故配压阀电磁线圈拆除，再进行试验，情况没有变化，事故配压阀依然动作。机组控制流程1号机组已经试验验证没有问题，因此认为症结可能在液压系统上[4]。

某水电站机组调速器液压系统的所有压力油取自同一根压力油管路，其中事故配压阀先导阀、分段关闭阀先导阀、锁定电磁阀以及机械液压过速隔离阀共4个阀的压力油口均接自DN80压力油管，最终该管路经变径DN50后接至事故配压阀的压力油口P。事故配压阀是差动阀，阀芯在P1和P2差压作用下处于图中左侧位置，P1对应的受力面直径约100mm，P2对应的受力面直径约70mm。2号机组的调速器管路安装与1号机组略有些差别。其中4个油口均接在压力油管变径后的管段，即均连接在DN50管段，且各管口距离非常近；事故配压阀的P1接口在分段关闭阀先导阀接口之后，P2接口在分段关闭阀接口之前。在分段关闭阀和接力器锁定电磁阀同时动作的情况下，P1管在短时间内压降较大，P1和P2作用的差压无法使事故配压阀维持原来的位置，因此导致事故配压阀动作。

3.处理方案

由于某水电站2号水轮发电机组调速系统的管路和设备已安装完成，因此认为在机组控制流程程序上进行适当的调整更为方便。修改方案如下。

(1)停机流程中，接力器锁定投入与分段关闭阀复归之间增加5s延时。

(2)减少分段关闭阀的操作。分段关闭阀原设计是机组甩负荷经过拐点(78%导叶开度)都要动作，机组增负荷经过拐点(78%导叶开度)复归。在此次误动后，改为只有在机组停机和事故停机过程中才投入分段关闭阀，在停机结束后复归分段关闭阀。机组控制流程程序修改完成后，再次试验时，2号机组顺利通过了调速器事故低油压试验，而且机组在后期的运行过程中再也没有出现过类似问题。对于3号水轮发电机组的电气控制流程也做了同样的改进，并对该调速系统的液压管路布置进行了优化，即将事故配压阀先导阀、分段关闭阀先导阀、锁定电磁阀以及机械液压过速隔离阀共4个阀的压力油口均设置在压力油总管DN80管段，且加大各压力油管路接口的间距，在机组调试和后期运行中也没有再出现此类问题。

结语：调速系统故障的诊断需要综合考虑电气、机械、液压等多方面因素，加之机组运行的需要，因此故障分析和处理过程比较复杂。据以上分析，某水电站调速液压系统的管路布置和机组开停机控制流程经过调整后，该调速器系统的试验和运行都比较顺利，经受住了考验。可见应在处理某水电站调速系统故障时，全面分析调速系统的主要构成部件及其工作原理，提出可能出现的疑点，并通过排查和应用参数优化设计的方法和措施，全面解决了机组出现的问题，为解决同类故障提供了有价值的参考。

参考文献：

[1]覃江宁.水电厂调速器常见故障的原因及处理方案探讨[J].科学之友,2012(06):49-50.

[2]蔡卫江,陈明莉,何林波,荣红.全数字化水轮机调速器的设计及探讨[J].水电厂自动化,2016,37(04):52-55.

[3]张官祥,常中原.探讨水电厂调速器液压控制系统运行可靠性[J].水电厂自动化,2017,38(02):41-44.

[4]齐巨涛,梁朝弼,纪正堂.小湾水电厂调速器液压系统增设事故配压阀改造[J].云南水力发电,2014,30(06):145-147.