锦东电厂调速器比例伺服阀不能自动调整空载扰动问题分析

隽军峰 张晶 刘军鹏

(雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂,四川木里 615000)

锦东电厂调速器比例伺服阀不能自动调整空载扰动问题分析

隽军峰 张晶 刘军鹏

(雅砻江流域水电开发有限公司锦屏水力发电厂,四川木里 615000)

锦东电厂#1机组调试过程中,调速器控制部分监测油压远低于油压装置压力罐压力值,导致在机组空载扰动试验过程中,给予控制部分向下扰动量后,在A套比例伺服阀主用工况下,机组导叶快速关闭,不能实现扰动量自动调整。本文对该问题的分析及处理过程进行了简要介绍,供参考。

压降 调速器 锦东电厂 比例伺服阀

1 概述

锦东电厂位于四川省凉山州境内,采用8台单机容量600MW立轴混流式机组,其调速器系统采用双比例伺服阀作为电液转换元件,通过FC5000型主配压阀实现对导叶动作状态的控制,控制电流为4-20mA(4mA全开,20mA全关)。双比例伺服阀采用热备用控制方式,即主用比例伺服阀工作时,备用比例伺服阀实时跟随主用比例伺服阀的动作信号,控制两个比例伺服阀的阀芯开度一致,但备用比例伺服阀不通过压力油对系统进行实际操作。当主用比例伺服阀发生卡阻等故障时,系统通过动作A/B套切换阀将备用比例伺服阀投入主用,实现对机组的状态保持和控制,见图1。

调速器控制部分采用集成块配合控制阀组的方式实现相关功能,其控制压力油取自主配压阀常压腔,通过双切换油过滤器过滤后供应,在过滤器的每个滤杯上均安装有压力表,用以监视控制部分油压力。系统设计有自动、电手动、手动三种控制方式,手动控制由机械手动增、减阀进行操作,电手动及自动控制方式由比例伺服阀实现控制操作。A/B套切换阀的切换功能通过电磁先导阀配合功能阀块的方式实现。紧急停机状态投入时,在电手动和自动控制方式下,系统给比例伺服阀偏关的信号量,以保证导叶可靠压紧关闭。

图1 调速器液压控制原理图

2 现象说明

2.1 #1机组启动试验前,分别在无水及有水工况下进行静态调速器控制系统扰动调整模拟试验

在A、B套比例伺服阀分别主用工况下,系统能够实现扰动自动调节,未发现试验异常。

(1)#1机组首次启动试验前检查发现,在紧急停机状态下,控制部分油过滤器压力表显示压力远低于油压装置压力罐压力值,A套比例伺服阀主用时过滤器压力4.0MPa左右,B套比例伺服阀主用时过滤器压力5.0MPa左右。紧急停机信号复归后,切换到手动状态下,A、B套比例伺服阀主用状态下,过滤器压力均为6.0MPa左右,而在电手动及自动控制状态下,均存在明显压降(见表1)。(2)#1机组调速器空载扰动试验过程中,在“自动”控制状态下,B套比例伺服阀主用时,可以正常实现机组的空载扰动调整。在进行A套比例伺服阀主用的空载扰动试验过程中,向系统加入一个-4Hz控制频率的向下扰动量后,机组导叶全关后不能开启,系统自动切换到B套主用,恢复导叶开度。试验共进行三次,现象一致。停机后重新进行静水下A套比例伺服阀扰动模拟试验,扰动调节过程可以正常实现,未发现异常。(3)无水及静水工况下,做A、B套比例伺服阀主用工况下的自动及电手动开、停机模拟试验、动水工况下,做A、B套比例伺服阀主用下的电手动开、停机试验,调速器系统均可正常实现开、停机功能。

图2 实际情况下的比例伺服阀控制原理图

2.2 原因分析

为具体分析问题原因,#1机组停机后,根据调速器不同状态和控制下的特点,结合调试过程中发现的问题现象,进行了相关各控制方式和状态下过滤器压力的检查和问题甄别试验,试验过程及结果如表1。

综合试验结果及问题现象,分析认为：比例伺服阀在工作过程中大量耗油,造成控制部分压力油的压降,且压降随比例伺服阀阀芯方向及开口的大小存在明显变化,系统偏离中位趋开方向开口越大,压降越大,趋关方向开口越大,压降越小。而比例伺服阀阀芯的内漏及主用比例伺服阀用于控制主配压阀活塞位置的控制腔活塞渗漏量均不可能造成如此大的压降,且不应随主用比例伺服阀及伺服阀信号状态的不同表现出明显的压降差,只有可能是备用比例伺服阀在随动过程中出现了大量耗油现象。

通过分析调速器系统控制回路,并对控制回路阀组实物进行检查,发现设计上为两位三通电磁换向阀的A/B套切换阀实际使用的是两位四通电磁阀换向阀,而电磁阀及与电磁阀联通的功能阀块的回油孔未做任何封堵等处理措施,造成系统正常工作时,备用比例伺服阀的控制压力油直接通过A/B套切换阀接通回油,产生压降控制部分实际上形成了如图2中红线所示的回路。

2.3 控制系统中位状态下,控制部分产生压降的原因分析

图3 手动状态控制部分压降简化流程机理

图4 电手动及自动状态控制部分压降简化流程机理

图5 主配压阀装配示意图

表1 试验过程及结果

所谓的系统中位,实际是指主配压阀处于中间位置。在常压腔压力油的作用下,主配压阀处于趋关状态,故而,在实际控制过程中,主配压阀控制腔需补充一定量的压力油以平衡常压腔压力油的作用力,保持主配压阀活塞处于中间位置,随着主配压阀开腔逐渐打开,控制腔用油量将逐渐增加。由于热备用的设计理念,备用比例伺服阀跟随主用比例伺服阀动作,故而试验中随着开启电流的减弱(阀芯开度变大),通过备用比例伺服阀的泄漏量增加,体现为控制部分压降变大。同理,随着关闭电流的加强(阀芯开度变小),控制部分压降变小,直到主配压阀完全关闭,控制腔无需压力油,比例伺服阀全关,备用比例伺服阀的泄漏通路封闭,体现为比例伺服阀关闭或切除状态下,任一套比例伺服阀主用,控制部分压力都正常。

2.4 A、B套比例伺服阀分别主用条件下,控制部分压降偏差分析

由于比例伺服阀在阀芯及阀体的加工精度、装配精度等机械工艺方面存在一定程度的偏差,同时,在相同控制电流下,比例伺服阀阀芯的控制精度和实际开口度也存在偏差,另外,在成块上A、B套比例伺服阀内部压力油及回油通路布置的差别,造成A、B套比例伺服阀作为备用时漏油量存在差异,从而导致A套比例伺服阀主用时,控制部分的压降大于相同工况下B套主用时的压降。

2.5 控制部分压降与紧急停机投入状态相关的原因分析

(1)在手动状态下,主配压阀复中腔接通压力油,比例伺服阀控制系统处于中间位置,备用比例伺服阀的渗漏造成控制部分压力油的压降。当紧急停机信号投入时,主配压阀复中腔接通回油,导叶压紧关闭;紧急停机信号复归后,主配压阀复中腔充油,活塞回到中位,此时,被压紧的导叶有所反弹,导叶开度传感器反馈的实际导叶开度大于压紧时开度,系统自定义通过比例伺服阀关闭导叶,调整开度偏差,但由于比例伺服阀处于切除状态,其动作无法对主配压阀实现控制,系统加大比例伺服阀趋关方向的阀芯开口,直至比例伺服阀完全关闭,切断备用比例伺服阀的用油通道,体现为紧急停机信号复归后,控制部分压力正常。其压降差产生的简化流程机理如图3所示。

(2)在电手动及自动控制状态下,紧急停机信号投入时,比例伺服阀控制主配压阀系统处于偏关位,而紧急停机信号复归后,主配压阀处于中间位,此时主配压阀控制腔用油量略大于紧急停机投入时的用油量,从而,备用比例伺服阀的渗漏量也略大,表现为紧急停机复归后,控制系统压降有所增加。其压降差产生的简化流程机理如图4所示。

2.6 A套比例伺服阀不能实现动水工况下向下扰动自动调整分析

系统分别在无水和有水的静态工况下,进行A、B套比例伺服阀主用工况下的频率扰动模拟试验,A、B套比例伺服阀均可以正常实现调整恢复动作,而在动水状态下,却无法实现A套比例伺服阀主用时的空载下扰调整。主要原因如下：(1)根据设备厂家提供的主配压阀结构示意图(见图5),测算主配压阀常压腔活塞直径与控制腔活塞直径比约为1.43,则可计算其两腔活塞面积比为2.045,假定常压腔压力为系统额定工作压力6.3MPa,则能够操作主配压阀活塞动作的控制腔最小理论工作压力为3.1MPa左右,而考虑到控制系统管路的阻尼压损等情况,试验中发生的A套比例伺服阀主用工况下的最低压力3.3MPa基本处于克服常压腔阻力、操作主配压阀开启的临界压力点。因此,在静态工况下,系统工作过程中的最小压力可以正常控制主配压阀的开启。

(2)在动水空载扰动试验中,所给控制频率的向下扰动量较大(-4Hz),调速器系统在调整过程中,控制比例伺服阀向开方向迅速打开较大开度,调整频率下扰偏差。由于水轮机活动导叶动水自关闭的特性,使操作主配压阀控制腔的最小压力相较于静水状态下变大,而A套比例伺服阀主用下,B套比例伺服阀的泄漏量较大,造成该开度下主配压阀控制腔压力不足以克服常压腔活塞的阻力,体现为导叶关闭后并不能可靠打开。此时,比例伺服阀通过导叶开度信号及频率信号判断导叶未开启,则控制比例伺服阀继续加大开方向的开口量,B套比例伺服阀开口同时加大,控制部分压力油通过B套比例伺服阀的泄漏量进一步增加,则控制腔压力进一步降低,从而进入无效调节的死循环状态。

2.7 A套比例伺服阀可以动水工况正常开启导叶原因分析

动水工况下,在电手动及自动控制方式时,开机信号控制导叶开启的电流强度缓慢减弱,使A套比例伺服阀开启方向的开口缓慢变大,由于初始状态为中位状态,此时的控制腔压力高于操作主配开启的最低压力,而比例伺服阀阀芯在趋开方向开口增加的速度较慢,同时受反馈信号的弱化影响,B套比例伺服阀的阀芯开口并未达到动水工况下操作主配压阀活塞动作的临界开口位置,其泄漏量相对扰动时较小,控制部分压力油压力可以操作主配压阀活塞动作,体现的是可以通过自动及电手动控制方式正常实现导叶开启过程。

3 处理方案

3.1 临时处理方案

考虑到该问题不影响机组空载状态下的试验过程,现场临时决定将A、B套比例伺服阀的热备用状态通过程序更改为冷备用状态,即在主用比例伺服阀工作时,备用比例伺服阀处于全关状态,当切换动作时,在备用比例伺服阀加与当时主用套相同的控制电流,对机组进行控制。试验过程中,切换时有轻微导叶回关现象,控制现象和控制工作状态整体良好,未发生异常情况。

3.2 永久处理方案

根据设备装配关系,考虑控制部分阀组后续更换维护的通用性及便利性,在A/B套切换阀的电磁先导阀与功能阀块之间加工一块对应的过渡板,并在过渡板回油孔内加工螺纹,用堵丝将回油孔封堵后安装,使切换阀真正意义上实现两位三通阀的功能,解决备用比例伺服阀通过切换阀漏油的问题。

4 结语

这种处理方法也利用比例伺服阀的工作特点,解决了A、B套切换阀的电磁先导阀与功能阀块阀芯换向时的压力腔排油问题。在机组后续的试验过程中,调速器系统工作正常,未发生类似问题。

In JinPingⅡHydro Power Plant Unit #1 commissioning process, the oil pressure of governor control section is much lower than the hydraulic device pressure tank,It cause that in the process of unit #1 load disturbance test, When give control section down disturbance in the A sets of proportional servo valve main use conditions, the turbine quickly turn off the guide vanes, can not be achieved automatically adjust the amount of disturbance.This paper analyzes the problem and solve process briefly described, for reference.

the pressure drop of governor jin east plant proportion servo valve

隽军峰(1978-),男,四川成都人,工程师,学士,从事水电站机械设备检修维护及管理工作。

张晶(1984-),男,四川成都人,助理工程师,学士,从事水电站机械设备检修维护及管理工作。

刘军鹏(1984-),男,四川成都人,助理工程师,学士,从事水电站机械设备检修维护及管理工作。