抽水蓄能机组导叶异常关闭原因分析及防范措施

卢 彬，李甲骏，朱海峰，谷振富，陈 波

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

抽水蓄能机组导叶异常关闭原因分析及防范措施

卢 彬，李甲骏，朱海峰，谷振富，陈 波

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

介绍了一次典型的因电液转换器漏油管堵塞造成的导叶异常关闭故障，最终造成机组逆功率动作，机组电气跳机事故。详细分析了导致跳机的原因及处理方法，并且通过对比历史曲线图，分析了本次异常电气跳机的具体原因，为电站在以后的运行和设备维护方面提供了借鉴。

电液转换器；线圈；漏油口；渗油

张河湾抽水蓄能电站是一座日调节纯抽水蓄能电站，共安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机组，机组单机容量250MW，总装机容量为1 000 MW。以一回500 kV线路接入河北南部电网，承担系统调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。我厂调速器系统生产厂家为ALSTOM，型号为NEYRPIC 1500，分主用箱1500N和备用箱1500S，采用PID的调节规律，两套微机调节器NEYRPIC 1500互为热备用，在运行中一套发生故障另一套可自动投入。电液转换器生产厂家为ALSTOM，型号为TR10，阀芯直径10 mm。

1 故障情况概述

2015年12月07日，故障发生前张河湾电站2号机带150 MW发电运行，18：53，2号机组带150 MW负荷发电运行时,导叶自动关闭导致机组逆功率保护动作电气跳机，之后机组顺利达停机稳态。

监控系统报警信息：

18:53:21 U02-JD03-GU200-AI05 Field voltage norm-》LIML

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI01 shut down-A N-TRP-＞TRIPPED

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI03 Comm.Elec. Equip.Trip-A N-TRP-＞TRIPPED

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI03 Comm.Elec. Equip.Trip-B N-TRP-＞TRIPPED

18:53:22 U02-JA01-EW100-DI01 shut down -B N-TRP-＞TRIPPED

现地保护A、B盘保护灯点亮，并出现报警信息：32G-A Reverse Pwr.Prot.TRIP，32G-B Reverse Pwr.Prot.TRIP

励磁系统报警信息：FCB external off。

2 故障原因分析

2.1 机组保护系统误动作

对保护现地盘柜进行检查，发现2号机组保护A盘、B盘F11F21装置上机组逆功率保护动作灯点亮，跳闸指示灯点亮。

查看CVS上历史记录发现，机组导叶在没有任何征兆的情况下关闭，机组逆功率保护动作，机组电气跳机。我厂逆功率保护动作值为-10MW，延时5s，跳机时机组出力-50 MW左右，符合保护动作条件。对保护装置内逆功率保护动作时录波及报文进行读取分析，判断逆功率保护动作为正确动作，保护装置不存在问题。

根据故障现象及历史记录分析，初步判断导叶异常关闭是导致此次机组电气跳机的直接原因。

2.2 控制回路故障，误发关导叶命令

现地启动OPU系统，进行现地开关导叶试验，调速器主用箱导叶开启未响应，切调速器备用箱开启导叶亦未响应。对导叶关闭回路进行梳理（如图1）。

图1

图1中，R0-T继电器为调速器水轮机方式开机命令继电器；R0-P继电器为调速器水泵方式开机命令继电器；R0-0继电器为调速器关机命令继电器。

当机组启机时，脉冲令到达J3:39/40接点，使得R0-P继电器励磁，进而使得R0-P继电器辅助接点31/34导通，R0-P继电器得以自保持，导叶开启。但当机组在运行过程中，如果发生R0-0继电器常闭接点21/22直阻上升的问题时，会导致R0-P继电器失磁，导叶开启命令无法自保持，导叶关闭。

检查电调柜内导叶关闭继电器R0-0，外观未见异常。使用继电保护测试仪对继电器R0-0进行测试，线圈直阻：339.5 kΩ，动作电压：33 V，返回电压：16 V。测试结果见表1。

表1

根据上述测试数据可以确认，继电器R0-0节点直阻均正常。随后对电调柜至电液转换器控制回路进行检查，分别模拟机组发电工况、抽水工况导叶开启令，测得电液转换器插头电压为17.23 V，从而排除控制回路故障。

2.3 机械回路故障，调速器开度无法保持，导叶关闭

对水车室内导叶接力器及控制环部件进行检查，未发现接力器大量漏油或异物卡塞，控制环等转动部件检查也未发现异常。

分析导叶动作的液压回路发现，故障原因主要集中在紧急停机电磁阀、电液转换器和主配压阀三个部件上。通过对电磁阀励磁发现，紧急停机电磁阀可正常励磁。主配压阀检查发现阀芯并未异常移位，定位螺栓紧固，未见其他异常现象。电液转换器AD110本体检查发现有少量渗油，电液转换器内阻进行测试，阻值为24Ω，电液转换器内阻额定值为26Ω。

我厂2号机组2014年04月15日03∶13同样发生过导叶异常关闭事故，当时故障排查过程中，可以手动对导叶进行开启、关闭操作，后经检查为控制回路继电器故障，而本次事故中，无法现地对导叶进行控制，且继电器的检查没有发现异常，经综合判断，故障疑点主要集中在电液转换器上，因电站技术能力有限，无法直接认定，可通过更换电液转换器达到确认和排除故障的目的。

3 故障处理

决定更换电液转换器后，电站立刻办理工作票和操作票，对管路进行隔离，对压力源进行泄压，因紧急停机电磁阀与电液转换器现地布置十分紧凑，将二者一并更换，更换完毕后重新建压，并进行手动开启、关闭导叶试验。

建压至0.7倍工作压力时，手动开启、关闭导叶，导叶已经可以动作，建压至正常工作压力再次试验，主配压阀动作正常，导叶动作正常。在电调柜上进行导叶的自动开启、关闭试验并进行录波，波形与2号机日常定检后静态试验的情况进行比对，曲线的斜率相比较十分接近，且曲线本身没有异常的抖动或变化，导叶全开时间30.6 s，全关时间28.3 s，与调速器静态参数吻合。为排除电液转换器存在缓慢故障而存在近阶段曲线类似的可能，查找2号机安装期间调试的曲线进行比对，二者亦相差无几。

静态试验完毕后，电站进行2号机空载运行验证，导叶开启、关闭正常。12月8日11：14，2号机发电并网，出力150 MW，导叶开启正常，现地检查无异常。12月8日13∶32，2号机停机解列，导叶关闭正常，现地检查无异常。综合各方面因素分析，可以认定导叶突然关闭的原因集中在电液转换器上。

4 电液转换器故障原因分析

2号机导叶异常关闭故障处理最终认定导叶异常关闭的原因集中在电液转换器上，因此我厂立即联系厂家，对故障电液转换器进行检测，用稳压器对电液转换器加0～20 V电压，用百分表测量阀芯移动位移情况，电液阀芯上下移动正常，平衡电压稳定在2.7～2.8 V，动作正常。调换航空插头正负极，再次试验，动作正常。因此初步判断电液转换器动作正常。

对电液转换器进行解体检查，将永久磁铁与线圈分离后，发现线圈上沾满油迹，清理油迹后回装，在油压控制集油箱试验平台上对电液转换器进行现场测试，全关全开接力器无异常，电液转换器动作正常，现场测量电液平衡电压为2.7～2.8 V，正常。因此判断为电液线圈进油，导致电调柜送至电液转换器的信号无法正确执行。

线圈进油原因为，电液转换器漏油孔及漏油孔管路流通不畅或者堵塞，都会导致电液线圈进油（图2、3）。虽然电液阀芯与轴套间缝隙很小，但不可避免的电液转换器底部的压力油（环喷口的油/P口的油）顺着阀芯向上走，这些油排不出去，油充满至浸没线圈，最终导致电液线圈浸泡在压力油中，线圈接到电调的电压信号后，在压力油的干扰下，无法正常移动，导致电液阀芯无法移动。电液转换器平衡电压为2.7 V，具有自关闭趋势，当电液转换器无法正常工作时，即收不到电调的电压信号，电液转换器失控，可以理解为电液转换器收到的电压信号为0V，电液转换器的自关闭趋势给主配关闭导叶的信号，最终导致导叶关闭，机组逆功率保护动作，机组电气跳机。

图2

图3

电液线圈内透平油清理完毕后，试验显示主配位置响应正常。正常状态下，不管是发电还是抽水，漏油口的油量都是非常小的，线圈进油使漏油管路堵塞，油量长时间累积，电液线圈腔体内的油位不断上升，最后浸没线圈，导致电液转换器失控，在电液转换器自关闭趋势下，导叶异常关闭。后期需要利用机组检修，疏通管路，管路出口最好不要浸泡在集油箱中，也可以在排油管路上打孔，以避免油路流通不畅。

5 防范措施

这是一次典型的因电液转换器漏油口堵塞而造成的电气跳机事故。为防止类似事故发生，采取了以下防范措施：

（1）认真分析了此次事故的原因，并举一反三，认真检查其他机组的电液转换器，确保相同的错误不再发生。

（2）巡检时检查电液转换器表面是否存在油迹及渗油现象。若发现存在此类现象，利用定检对该电液转换器进行检查处理，防止此类事件再次发生。

（3）利用机组定检或检修退备机会查看集油箱内漏油口及管路是否畅通。我厂已具有技术力量对电液转换器进行拆卸检查并检测回装。下一步，我厂将加强电液转换器的维护和保养，加强巡视，及时发现故障前出现的征兆，为设备提供有效的维保和检测。

6 结束语

调速器机械液压部分油管路众多，容易发生跑冒滴漏，并且压力油危险性大。电液转换器作为调速器至现地执行单元的桥梁，完成了电压信号到液压信号的转化，是关键性设备。我们巡检中发现漏油、渗油现象，不必急于擦拭油迹。应透过现象看本质，认真查看设备机构图，分析发生漏油、渗油原因，从而找到真正病因，对症下药，保证设备的良好运行状态。另一方面应做好巡视电液转换器设备的台账，检测记录，提前发现故障征兆，排除隐患，保证机组的正常运行。

[1]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]刘大恺.水轮机[M].3版.北京：中国水利水电出版社，1997.

TV743

B

1672-5387（2016）12-0044-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.016

2016-08-29

卢 彬（1988-），男，助理工程师，从事水电站运行与维护工作。