淺談五強(qiáng)溪水電廠調(diào)速器系統(tǒng)中的液壓跟隨故障

引言

五強(qiáng)溪水電廠位于懷化市沅陵縣沅水干流上,裝有5臺(tái)單機(jī)容量為240Mw的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電廠水輪機(jī)調(diào)速器采用的是武漢長(zhǎng)江三峽能事達(dá)公司的MGC4000系統(tǒng),MGC4000系統(tǒng)為可編程控制器雙微機(jī)雙通道雙冗余調(diào)速器,是比例伺服閥+伺服電機(jī)型自復(fù)中雙調(diào)調(diào)速器。五強(qiáng)溪水電廠調(diào)速器A套控制系統(tǒng)為伺服電機(jī)控制,B套控制系統(tǒng)為比例伺服閥控制。以B套控制系統(tǒng)為主,A套控制系統(tǒng)備用,當(dāng)B套控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)切為A套控制系統(tǒng)運(yùn)行。A/B套控制系統(tǒng)均通過控制主配壓閥來動(dòng)作導(dǎo)葉。

1調(diào)速器液壓系統(tǒng)原理

液壓系統(tǒng)回路原理圖如圖1所示。

1.1自動(dòng)或電手動(dòng)工況

液壓油路:壓油槽的壓力油二過濾器二比例伺服閥2010Y1二手自動(dòng)切換閥2020Y1二停機(jī)閥7025Y1二主配壓閥控制腔。當(dāng)需增加(減小)機(jī)組負(fù)荷即導(dǎo)葉向開啟(關(guān)閉)側(cè)運(yùn)動(dòng),微機(jī)調(diào)速器給比例伺服閥的驅(qū)動(dòng)放大器提供電氣信號(hào),比例伺服閥閥芯換位,主配壓閥控制腔的壓力油通過比例伺服閥充油建壓(排油失壓),從而主配向上(向下)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)葉向開啟(關(guān)閉)側(cè)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行增加(減小)負(fù)荷調(diào)整。

1.2機(jī)手動(dòng)或伺服電機(jī)自動(dòng)工況

液壓油路:壓油槽的壓力油二過濾器二液壓反饋機(jī)構(gòu)二手自動(dòng)切換閥2020Y1二停機(jī)閥7025Y1二主配壓閥控制腔。此時(shí),手自動(dòng)切換閥已切至手動(dòng)位置,比例伺服閥處于隔離狀態(tài),來自壓油槽的壓力油通過液壓反饋機(jī)構(gòu)向主配壓閥控制腔提供操作壓力。當(dāng)需增加(減小)機(jī)組負(fù)荷即導(dǎo)葉向開啟(關(guān)閉)側(cè)運(yùn)動(dòng),手動(dòng)操作直線位移傳感器手輪操作液壓反饋機(jī)構(gòu)的閥芯使其向上(向下)運(yùn)行,主配壓閥控制腔的壓力油通過液壓反饋機(jī)構(gòu)充油建壓(排油失壓),從而主配向上(向下)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)葉向開啟(關(guān)閉)側(cè)運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行增加(減小)負(fù)荷調(diào)整。

2液壓跟隨故障的可能性分析

五強(qiáng)溪水電廠調(diào)速器液壓跟隨故障開出邏輯:導(dǎo)葉PID給定和導(dǎo)葉實(shí)際開度相差大于5%之后,啟動(dòng)故障判斷,連續(xù)4s內(nèi)導(dǎo)葉變化速率均小于3%/s(PLC掃描周期為10ms)時(shí),液壓跟隨故障開出。根據(jù)調(diào)速器操作導(dǎo)葉的液壓原理,液壓跟隨故

障常常表現(xiàn)為導(dǎo)葉拒動(dòng)。

2.1主配壓閥活塞自身活動(dòng)受阻分析

主配壓閥閥盤及襯套配合尺寸較大,若此處發(fā)生卡塞現(xiàn)象,需要油質(zhì)中存在較大體積的雜質(zhì),回油箱中透平油在注油時(shí)已通過過濾精度約5um的濾油機(jī)過濾,所以存在較大體積的雜質(zhì)可能性很小,且當(dāng)機(jī)組切A機(jī)運(yùn)行時(shí),主配壓閥恢復(fù)了動(dòng)作,因此可以推測(cè)主配壓閥活塞與襯套運(yùn)動(dòng)受阻的可能性不大。

2.2主配壓閥的控制閥組活動(dòng)受阻分析

2.2.1故障過程的液壓控制回路分析

當(dāng)機(jī)組以B機(jī)作為主用機(jī)運(yùn)行時(shí),比例伺服閥與手自動(dòng)切換閥的左位接通,依1.1節(jié)分析,此時(shí)系統(tǒng)以比例伺服閥自動(dòng)運(yùn)行,當(dāng)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)導(dǎo)葉拒動(dòng)并出現(xiàn)"導(dǎo)葉側(cè)大故障""調(diào)速器事故""導(dǎo)葉液壓跟隨故障",系統(tǒng)自動(dòng)切換到A機(jī)運(yùn)行,即系統(tǒng)以伺服電機(jī)自動(dòng)運(yùn)行,依1.2節(jié)分析,此時(shí)手自動(dòng)切換閥2020y1切至右位,比例伺服閥處于隔離狀態(tài),當(dāng)再次出現(xiàn)"導(dǎo)葉側(cè)大故障""調(diào)速器事故""導(dǎo)葉液壓跟隨故障"時(shí)調(diào)速器自動(dòng)切至"機(jī)手動(dòng)"運(yùn)行方式。

2.2.2液壓閥組故障因素篩查

(1)在A、B機(jī)均出現(xiàn)相同故障時(shí),可排除比例伺服閥故障因素。綜合分析A、B機(jī)運(yùn)行時(shí)的油路可知,控制油最終均須經(jīng)過停機(jī)閥7025及主配壓閥控制腔來對(duì)主配壓閥進(jìn)行操作,且停機(jī)閥一直保持通路狀態(tài),也可排除停機(jī)閥故障因素。分析主配控制腔活塞及襯套的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況,當(dāng)壓力油在控制腔建立起壓力給活塞時(shí),因控制腔面積大于等于恒壓腔面積的兩倍,從而活塞向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)控制腔活塞逐漸向相對(duì)襯套脫離的方向運(yùn)動(dòng),即使控制腔存在不可預(yù)測(cè)的雜質(zhì),也無法限制其活塞向上運(yùn)動(dòng),因此也可排除控制腔活塞發(fā)卡因素。

(2)液壓反饋閥為三位三通液壓閥,閥盤較小,閥盤上下的同心度要求高,引導(dǎo)閥的上、中、下三閥盤與襯套的配合間隙為0.03~0.05mm,配合間隙較小,引導(dǎo)閥在安裝調(diào)整過程中,若調(diào)整不當(dāng),很容易引起引導(dǎo)閥發(fā)卡現(xiàn)象。因此,當(dāng)引導(dǎo)閥出現(xiàn)發(fā)卡現(xiàn)象時(shí),將會(huì)導(dǎo)致主配壓閥活塞運(yùn)動(dòng)受阻。

具體故障過程分析如下:

1)當(dāng)以B機(jī)運(yùn)行時(shí),增加機(jī)組負(fù)荷,出現(xiàn)導(dǎo)葉拒動(dòng),主配壓閥活塞無法向上運(yùn)動(dòng),此時(shí)的手自動(dòng)切換閥在左位,液壓反饋閥不起作用,但其襯套和主配壓閥活塞剛性連接,主配壓閥活塞向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)受到了引導(dǎo)閥襯套發(fā)卡的限制,推測(cè)引導(dǎo)閥發(fā)卡的位置為引導(dǎo)閥襯套與閥芯或?qū)~閥蓋的配合面,主配壓閥控制腔的壓力小于活塞自重、恒壓腔的壓力及引導(dǎo)閥襯套摩擦阻力(F控<G活塞＋F恒+F摩擦):

2)當(dāng)機(jī)組因故障自動(dòng)切至A機(jī)運(yùn)行時(shí),主配壓閥活塞的動(dòng)作方向與B機(jī)運(yùn)行時(shí)相同,引導(dǎo)閥襯套發(fā)卡現(xiàn)象未消除,導(dǎo)葉仍無法動(dòng)作:

3)當(dāng)機(jī)組切"機(jī)手動(dòng)"運(yùn)行時(shí),操作手輪,減小機(jī)組負(fù)荷,引導(dǎo)閥閥芯向下運(yùn)動(dòng),使閥芯上位于引導(dǎo)閥襯套接通,引導(dǎo)閥的工作油口通回油,主配壓閥控制腔通回油,主配壓閥活塞因恒壓腔壓力和活塞自重的合力大于引導(dǎo)閥襯套摩擦阻力而向下運(yùn)動(dòng)(F恒+G活塞>F摩擦),引導(dǎo)閥襯套跟隨主配壓閥活塞向下運(yùn)動(dòng),故障消除,電手動(dòng)、自動(dòng)模式下加減負(fù)荷正常,調(diào)速器A/B機(jī)切換恢復(fù)正常。

若B機(jī)出現(xiàn)液壓跟隨故障,而A機(jī)運(yùn)行正常,則判斷主配壓閥的控制閥組運(yùn)行正常。

2.3中位傳感器反饋故障分析

中位傳感器反饋為主配位置反饋,如果中位傳感器滑塊拉桿松動(dòng),則會(huì)導(dǎo)致中位反饋無變化,調(diào)速器判斷為B套控制器液壓跟隨故障,A套控制器根據(jù)PID輸出與開度反饋的偏差并結(jié)合導(dǎo)葉的動(dòng)作速度來判斷液壓跟隨故障,與中位傳感器無關(guān),若現(xiàn)場(chǎng)檢查中位傳感器滑塊拉桿無松動(dòng)同時(shí)A套控制器無"液壓跟隨故障",則中位傳感器反饋故障并非主配拒動(dòng)的原因。

2.4導(dǎo)葉開度傳感器反饋故障分析

導(dǎo)葉開度傳感器反饋為導(dǎo)葉開度位置反饋,A套控制器與B套控制器具備獨(dú)立的導(dǎo)葉開度傳感器。如果導(dǎo)葉開度傳感器故障,則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)葉開度反饋丟失,調(diào)速器判斷實(shí)際導(dǎo)葉開度與開度給定在一定時(shí)間內(nèi)相差較大,控制器會(huì)據(jù)此判斷液壓跟隨故障。對(duì)A、B兩套控制器導(dǎo)葉開度曲線圖進(jìn)行檢查,檢查是否存在尖峰與尖谷,且曲線圖是否為平滑曲線圖,觀察兩條曲線是否存在較大偏差,由此綜合判斷導(dǎo)葉開度傳感器反饋故障是否為主配拒動(dòng)的原因。

2.5比例閥閥芯卡澀分析

比例伺服閥為滑閥,液壓油中存在顆粒污染物會(huì)導(dǎo)致閥芯卡澀。由于流體、電路、磁路、機(jī)械力等諸因素之間的相互聯(lián)系和作用,比例伺服閥內(nèi)部物理過程容易受磁滯、靜摩擦力的影響,尤其是當(dāng)比例閥長(zhǎng)期保持不動(dòng)時(shí),會(huì)因?yàn)榇艤c靜摩擦力的影響出現(xiàn)拒動(dòng)。為減小磁滯、變靜摩擦力為動(dòng)摩擦力,建議在比例伺服閥控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)顫振電流分量,使滑閥芯在工作位置附近做對(duì)稱的微小往復(fù)運(yùn)動(dòng),若無異物,則閥芯很難卡澀,并建議在檢修過程中對(duì)比例閥進(jìn)行拆卸清洗。

3結(jié)語

水輪機(jī)調(diào)速器液壓系統(tǒng)故障可能造成嚴(yán)重的后果。實(shí)踐表明,現(xiàn)場(chǎng)故障往往是電氣、機(jī)械、液壓?jiǎn)栴}交錯(cuò)重疊,外部及內(nèi)部因素共同作用。一個(gè)故障往往可由一種或兩種以上原因引起,有時(shí)呈現(xiàn)故障現(xiàn)象相同,但其原因卻不完全相同。所以,必須仔細(xì)認(rèn)真,逐次由外向內(nèi)、由表及里、由首至尾,縮小范圍,迅速、準(zhǔn)確地查找出故障點(diǎn),及時(shí)加以排除,方可確保機(jī)組正常運(yùn)行。