浅谈五强溪水电厂调速器系统中的液压跟随故障

引言

五强溪水电厂位于怀化市沅陵县沅水干流上,装有5台单机容量为240Mw的混流式水轮发电机组。电厂水轮机调速器采用的是武汉长江三峡能事达公司的MGC4000系统,MGC4000系统为可编程控制器双微机双通道双冗余调速器,是比例伺服阀+伺服电机型自复中双调调速器。五强溪水电厂调速器A套控制系统为伺服电机控制,B套控制系统为比例伺服阀控制。以B套控制系统为主,A套控制系统备用,当B套控制系统出现故障时自动切为A套控制系统运行。A/B套控制系统均通过控制主配压阀来动作导叶。

1调速器液压系统原理

液压系统回路原理图如图1所示。

1.1自动或电手动工况

液压油路:压油槽的压力油二过滤器二比例伺服阀2010Y1二手自动切换阀2020Y1二停机阀7025Y1二主配压阀控制腔。当需增加(减小)机组负荷即导叶向开启(关闭)侧运动,微机调速器给比例伺服阀的驱动放大器提供电气信号,比例伺服阀阀芯换位,主配压阀控制腔的压力油通过比例伺服阀充油建压(排油失压),从而主配向上(向下)运动,导叶向开启(关闭)侧运动来进行增加(减小)负荷调整。

1.2机手动或伺服电机自动工况

液压油路:压油槽的压力油二过滤器二液压反馈机构二手自动切换阀2020Y1二停机阀7025Y1二主配压阀控制腔。此时,手自动切换阀已切至手动位置,比例伺服阀处于隔离状态,来自压油槽的压力油通过液压反馈机构向主配压阀控制腔提供操作压力。当需增加(减小)机组负荷即导叶向开启(关闭)侧运动,手动操作直线位移传感器手轮操作液压反馈机构的阀芯使其向上(向下)运行,主配压阀控制腔的压力油通过液压反馈机构充油建压(排油失压),从而主配向上(向下)运动,导叶向开启(关闭)侧运动来进行增加(减小)负荷调整。

2液压跟随故障的可能性分析

五强溪水电厂调速器液压跟随故障开出逻辑:导叶PID给定和导叶实际开度相差大于5%之后,启动故障判断,连续4s内导叶变化速率均小于3%/s(PLC扫描周期为10ms)时,液压跟随故障开出。根据调速器操作导叶的液压原理,液压跟随故

障常常表现为导叶拒动。

2.1主配压阀活塞自身活动受阻分析

主配压阀阀盘及衬套配合尺寸较大,若此处发生卡塞现象,需要油质中存在较大体积的杂质,回油箱中透平油在注油时已通过过滤精度约5um的滤油机过滤,所以存在较大体积的杂质可能性很小,且当机组切A机运行时,主配压阀恢复了动作,因此可以推测主配压阀活塞与衬套运动受阻的可能性不大。

2.2主配压阀的控制阀组活动受阻分析

2.2.1故障过程的液压控制回路分析

当机组以B机作为主用机运行时,比例伺服阀与手自动切换阀的左位接通,依1.1节分析,此时系统以比例伺服阀自动运行,当调整机组负荷时出现导叶拒动并出现"导叶侧大故障""调速器事故""导叶液压跟随故障",系统自动切换到A机运行,即系统以伺服电机自动运行,依1.2节分析,此时手自动切换阀2020y1切至右位,比例伺服阀处于隔离状态,当再次出现"导叶侧大故障""调速器事故""导叶液压跟随故障"时调速器自动切至"机手动"运行方式。

2.2.2液压阀组故障因素筛查

(1)在A、B机均出现相同故障时,可排除比例伺服阀故障因素。综合分析A、B机运行时的油路可知,控制油最终均须经过停机阀7025及主配压阀控制腔来对主配压阀进行操作,且停机阀一直保持通路状态,也可排除停机阀故障因素。分析主配控制腔活塞及衬套的相对运动情况,当压力油在控制腔建立起压力给活塞时,因控制腔面积大于等于恒压腔面积的两倍,从而活塞向上运动,此时控制腔活塞逐渐向相对衬套脱离的方向运动,即使控制腔存在不可预测的杂质,也无法限制其活塞向上运动,因此也可排除控制腔活塞发卡因素。

(2)液压反馈阀为三位三通液压阀,阀盘较小,阀盘上下的同心度要求高,引导阀的上、中、下三阀盘与衬套的配合间隙为0.03~0.05mm,配合间隙较小,引导阀在安装调整过程中,若调整不当,很容易引起引导阀发卡现象。因此,当引导阀出现发卡现象时,将会导致主配压阀活塞运动受阻。

具体故障过程分析如下:

1)当以B机运行时,增加机组负荷,出现导叶拒动,主配压阀活塞无法向上运动,此时的手自动切换阀在左位,液压反馈阀不起作用,但其衬套和主配压阀活塞刚性连接,主配压阀活塞向上运动的趋势受到了引导阀衬套发卡的限制,推测引导阀发卡的位置为引导阀衬套与阀芯或导叶阀盖的配合面,主配压阀控制腔的压力小于活塞自重、恒压腔的压力及引导阀衬套摩擦阻力(F控<G活塞＋F恒+F摩擦):

2)当机组因故障自动切至A机运行时,主配压阀活塞的动作方向与B机运行时相同,引导阀衬套发卡现象未消除,导叶仍无法动作:

3)当机组切"机手动"运行时,操作手轮,减小机组负荷,引导阀阀芯向下运动,使阀芯上位于引导阀衬套接通,引导阀的工作油口通回油,主配压阀控制腔通回油,主配压阀活塞因恒压腔压力和活塞自重的合力大于引导阀衬套摩擦阻力而向下运动(F恒+G活塞>F摩擦),引导阀衬套跟随主配压阀活塞向下运动,故障消除,电手动、自动模式下加减负荷正常,调速器A/B机切换恢复正常。

若B机出现液压跟随故障,而A机运行正常,则判断主配压阀的控制阀组运行正常。

2.3中位传感器反馈故障分析

中位传感器反馈为主配位置反馈,如果中位传感器滑块拉杆松动,则会导致中位反馈无变化,调速器判断为B套控制器液压跟随故障,A套控制器根据PID输出与开度反馈的偏差并结合导叶的动作速度来判断液压跟随故障,与中位传感器无关,若现场检查中位传感器滑块拉杆无松动同时A套控制器无"液压跟随故障",则中位传感器反馈故障并非主配拒动的原因。

2.4导叶开度传感器反馈故障分析

导叶开度传感器反馈为导叶开度位置反馈,A套控制器与B套控制器具备独立的导叶开度传感器。如果导叶开度传感器故障,则会导致导叶开度反馈丢失,调速器判断实际导叶开度与开度给定在一定时间内相差较大,控制器会据此判断液压跟随故障。对A、B两套控制器导叶开度曲线图进行检查,检查是否存在尖峰与尖谷,且曲线图是否为平滑曲线图,观察两条曲线是否存在较大偏差,由此综合判断导叶开度传感器反馈故障是否为主配拒动的原因。

2.5比例阀阀芯卡涩分析

比例伺服阀为滑阀,液压油中存在颗粒污染物会导致阀芯卡涩。由于流体、电路、磁路、机械力等诸因素之间的相互联系和作用,比例伺服阀内部物理过程容易受磁滞、静摩擦力的影响,尤其是当比例阀长期保持不动时,会因为磁滞与静摩擦力的影响出现拒动。为减小磁滞、变静摩擦力为动摩擦力,建议在比例伺服阀控制系统中设计颤振电流分量,使滑阀芯在工作位置附近做对称的微小往复运动,若无异物,则阀芯很难卡涩,并建议在检修过程中对比例阀进行拆卸清洗。

3结语

水轮机调速器液压系统故障可能造成严重的后果。实践表明,现场故障往往是电气、机械、液压问题交错重叠,外部及内部因素共同作用。一个故障往往可由一种或两种以上原因引起,有时呈现故障现象相同,但其原因却不完全相同。所以,必须仔细认真,逐次由外向内、由表及里、由首至尾,缩小范围,迅速、准确地查找出故障点,及时加以排除,方可确保机组正常运行。