卸载阀故障导致机械制动过早投入问题的分析

钱 力，李世昌，胡立昂，李甲骏，李永杰

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

卸载阀故障导致机械制动过早投入问题的分析

钱 力，李世昌，胡立昂，李甲骏，李永杰

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

张河湾电站某次4号机组发电停机过程中，电气制动50%转速投入后，机械制动在20%转速时投入。正常情况下，机械制动应在5%转速时投入，只有在某些电气保护动作或紧急停机时，电气制动不投，机械制动在20%转速时投入。本文针对这起机械制动过早投入问题进行分析。

高压注油；机械制动提前投入；泄载阀

1 引言

张河湾抽水蓄能电站位于河北省井陉县境内。电站总装机容量1 000 MW，安装4台250 MW的单级混流可逆式机组，以一回500 kV线路接入河北省南部电网，设计年发电量16.75亿kW·h。电站由上下水库和地下厂房组成。上水库布置在山顶，经开挖填围而成，正常蓄水位810 m，总库容785.4 m3，调节库容720万m3，全库采用复式沥青混凝土进行防渗。下库利用已建的张河湾水库，在原有未建成的大坝上加高再建而成，正常蓄水位488 m，下库总库容8 330万m3，具有年调节性能。引水水道和地下厂房系统布置在上下水库之间的山体内，设竖井高压管道，钢板内衬，采用1管2机方式布置。电站在华北电网中承担调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。

2016年机组启动频繁，运行时间长。2015年年度发电量为3.80亿kW·h。截至2016年7月31日，2016年度发电量已达8.67亿kW·h。

2 机械制动过早投入故障分析

2.1 机组制动系统组成

张河湾电站发电电动机制动采用电气制动和机械制动配合使用，有两种配合方式。

（1）机组正常停机时，转速小于50%投入电气制动；转速小于5%投入机械制动。

（2）机组某些电气保护动作或紧急停机时，电气制动不投，转速小于20%投机械制动。

2.2 高压注油系统组成及逻辑判断

张河湾电站发电电动机推力轴承配有一套高压油系统，有一台直流泵和一台交流泵，在机组启停过程中转速为0～90%范围内其中一台泵投入运行，另一台泵备用。

透平油储存在推力油盆内，对推力瓦、主轴进行润滑冷却后经管路返回推力油盆，循环使用。在机组转速较高时，主轴的高速旋转可以维持透平油的循环，保证润滑、冷却效果。当机组在低转速时，主轴自身的转速不足以维持透平油的循环，所以需设置高压注油泵补充透平油，确保润滑、冷却效果。为防止泵出口压力过高，泵出口回路并联有卸载阀AA006和AA007，设定值为17 MPa。因此，泵出口压力为17 MPa。

图1 高压注油系统图

泵出口回路有两只压力传感器 CP001和CP002，当压力高于11 MPa时监控收到CP002建压正常信号，压力高于14 MPa时监控收到CP001建压正常信号。机械制动启停判断逻辑通过CP001来判断。

2.3 故障经过

2016-06-10 19：40，4号机组发电停机过程中，机械制动提前投入。故障过程如下：

19:40:26 U04_RQ_STOP_DL01 Unit stop request order CLG

19:41:46 U04_MG10_CS101_DI02 Speed SW Elec-brake{50%,RV17}

19:42:09 U04_AJ13_GS110_DI01 EBCB CLOSED

19:43:53 U04_MG10_CS101_DI06 SW Mech-brake EB Fail{20%,RV15}

19:43:53 U04_SP04_AU001_DI01 Mechanical break ON

19:45:35 U04_AJ13_GS110_DI01 EBCB OPEN

19:46:03 U04_SP04_AU001_DI01 Mechanical break OFF

19:46:13 U04_SQ51_IN_PROG TS to Stand-Still seq

根据历史记录可知，电气制动在50%转速后投入，机械制动在20%转速时投入，分别在机组达到停机稳态前退出。

2.4 原因分析与处理过程

查阅监控历史记录发现，CP002收到正常建压信号时间不到1 s，CP001收到正常建压信号时间为3 min 59 s（正常情况下应该在1 s之内），而此时机组的转速已经低于20%，因此初步判断机械制动提前投入可能有3方面的原因：

（1）高压注油泵本身的问题导致出口压力降低；

（2）高压注油泵出口压力传感器CP001或者信号传输回路故障；

（3）高压注油泵出口卸载阀故障或者设定值过低导致出口压力降低。

随后现地手动启动高压注油泵，观察现地出口压力表和监控上收到CP001建压成功信号的时间均正常，排除前两种可能。据此分析，停机过程中未收到建压成功信号是由于高压注油泵出口卸载故障造成。

在停机过程中，转速下降至90%额定转速时高压注油泵启动。此时主轴自身转速仍在维持一定程度的油的循环，导致管路压力有一定程度的下降，而当卸载阀设定值降低时压力就下降的更明显，导致管路出口压力低于14 MPa。随着机组转速下降，主轴旋转导致的管路压力下降效果越来越小。当管路实际压力，即泵出口压力减去主轴旋转所致管路压力下降值，大于14 MPa时，高压注油系统才能建压成功，这样就导致了CP001收到建压成功信号较慢。

现地检查发现，直流高压注油泵卸载阀设定值过低且无法进行调整。同时，交流高压注油泵卸载阀设定值过低。更换直流高压注油泵卸载阀，并将交、直流高压注油泵卸载阀定值调整至正常后，机组在停机过程中收到高压注油泵出口压力CP002信号时间正常，机械制动投入时间正常。

2.5 故障危害

（1）卸载阀设定值过低导致建压不成功，机组启动失败；

（2）长期过早投入机械制动会导致机械刹车闸板磨损量增加，制动效果下降,停机过程收到转速为0信号的流程超时导致机械跳机；

（3）高压注油系统建压时间过长，影响推力瓦与大轴润滑效果，导致推力瓦磨损程度增加。

2.6 采取措施

（1）启停机过程中，运行人员在CVS监控画面观察高压注油系统建压是否成功，巡检人员现场巡视时关注高压注油系统压力值及其变化。

（2）针对卸载阀设定值下降原因，检查其余机组卸载阀设定值情况，并结合检修定期检查维护。

2.7 现场观察

图2 4号机停机过程高压注油系统压力示意图

2016-08-24对4号机抽水停机过程中高压注油系统压力进行现场观察记录，压力曲线如图2。初始状态为高压注油泵尚未启动，机组转速维持透平油循环，管路内压力为3.5 MPa；之后，高压注油泵启动，经卸载阀卸压以及机组转速引起的压力下降之后，管路压力为14 MPa；随着机组转速的下降，机组转速引起的压力下降效果越来越弱，管路压力逐渐上升至16.5 MPa,并维持一段时间；最终停泵后管路残留压力为5.5 MPa，逐渐下降到0。

图3 4号机启动过程高压注油系统压力

2016-08-25对4号机发电工况启动过程中高压注油系统压力进行现场观察记录，压力曲线如图3。初始状态为高压注油泵尚未启动，机组转速为0，管路内压力为0；之后，高压注油泵启动瞬间，经卸载阀卸压后，管路压力为17 MPa；机组转速上升初期，转速较低，机组转速引起的压力下降效果不明显，管路压力缓慢下降至16.8 MPa；随着机组转速继续上升，机组转速引起的压力下降效果越来越明显，管路压力逐渐下降至14 MPa，并维持一段时间；停泵后管路压力迅速下降，由机组转速带来的透平油循环效果维持在到4 MPa。

3 结论

机组启停频繁、运行时间长、震动大、卸载阀自身使用寿命等因素导致卸载阀的备母及调节螺栓松动，致使卸载阀设定值下降；且内部结构损坏，导致无法进行设定值调节；结合机组转速带来的压力下降效果共同导致高压注油系统建压超时。目前，4台机组高压注油系统卸载阀设定值正常；启停机过程中，高压注油系统建压正常。

[1]邱彬如，刘连希.抽水蓄能电站工程技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]高传昌.抽水蓄能电站技术[M].郑州：黄河水利出版社，2011.

[3]GB/T 20834-2014发电电动机基本技术条件[S].北京：中国标准出版社.

表2

从定子绕组绝缘电阻及直流耐压试验数据来看，并不能发现任何异常情况。诚然，张河湾电站定子绕组轻微的电腐蚀短期内也不会对定子绕组的正常运行产生大的影响，但是，如果不及时进行处理，产生的后果将不可预测。在厂家的建议下，电站今后在进行定子绕组直流耐压及泄漏电流试验时，将试验电压提升至2.5Un（39.4 kV），以便更好地发现电腐蚀所产生的潜在缺陷。

6 结束语

本文针对张河湾电站发电机定子绕组电腐蚀的形成原因、处理过程及相应的预控措施进行了介绍，可以看出，发电机定子绕组电腐蚀是发电机的常见故障，由于电腐蚀程度不同，对发电机的安全运行影响不同。此外，张河湾电站定子绕组的电腐蚀目前只发现在绕组端部存在，处理起来相对容易，但更应注意对槽内线棒电腐蚀加强监测，应通过局放监测及定期试验来检测是否发生了电腐蚀。同时，从发电机的设计、安装等角度也应严格把关，提高定子绕组的起晕电压，提升安装工艺水平，从多角度减少定子绕组电腐蚀产生的机率。

参考文献：

[1]过寿南.浅谈大型发电机定子线圈绝缘及电腐蚀问题［J］.四川水力发电，1994（增刊）.

[2]许新军，李令军.基于发电机电晕放电的探讨［J］.理论广角，2013（5）.

TV738

B

1672-5387（2016）12-0055-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.020

2016-08-29

钱 力（1990-），男，助理工程师，从事抽水蓄能电站生产运行维护管理工作。