重锤关机装置应用中存在的问题及处理分析

计小宁，李元锟，姚福星

（赣江石虎塘航电枢纽管理处，江西 吉安343732）

灯泡贯流式水轮发电机组，转动惯量小，水流惯性大，机组甩负荷时引起的压力上升和转速上升都偏大，一般甩负荷后5 s即可上升到最大转速。从目前已建的贯流式电站来看，普遍采用三级保护关闭导叶，依次是转速115%且主配拒动紧急停机将主配活塞置于关机侧关闭导叶。若紧急停机电磁阀不能正常动作或者主配压阀阀卡，转速上升至电气事故停机点（一般设置为153%），然后由事故停机电磁阀驱动重锤关机装置来关闭导叶。若事故停机电磁阀故障，转速继续上升至机械过速装置整定值（一般整定为156%），图拉博动作使液控换向阀接通回油驱动重锤关机装置从而关闭导叶。重锤关机装置作为贯流式机组事故状态下的最后一道防线，若重锤关机装置拒动将直接导致机组发生飞逸事故，甚至会造成水淹厂房事件，在机组保护方面发挥着极其重要的作用。由于重锤关机装置的重要性，因此在一年一度的岁修中重锤关机装置的各项试验是否满足要求是保证机组安全运行的重要保障。

1 重锤关机系统组成

重锤关机控制装置主要由1个单向阀、2个插装阀、1个液控单向阀、1个两位四通电磁换向阀、1个两位四通手动换向阀、1个集成块构成（见图1）。

2 调试过程遇到的几个典型问题

（1）通过动作事故停机电磁阀，重锤关机装置能够可靠的关闭导叶，但是对于改变机械过速换向阀的状态，重锤关机装置未能动作管路也无过油声音。

（2）调速系统建压后，测试各电磁阀动作情况时。发现无论通过事故电磁阀驱动重锤关机装置动作，还是通过机械过速装置驱动重锤关机装置，开机侧管路均有明显振动，重锤关机装置壳体有明显的撞击声。

（3）依据《水轮发电机组自动化元件（装置）及其系统基本技术条件》要求，机械液压过速保护装置在整定转速时，过速飞摆及换向阀应能准确动作，可手动返回，其动作误差≤3%整定值。过速限制系统应能在一级过速（一级过速触点动作同时调速器主配压阀拒动，再经延时）及二级过速时，准确动作，并能根据要求整定关闭接力器的时间。现场模拟机械过速动作，从机械过速装置动作到接力器开始关闭有10 s以上的延时。

（4）机械过速复归后，通过主配压阀开启导叶，会出现压力迅速降低的状况。

3 原因分析

（1）事故停机电磁阀可以正常驱动重锤关机装置，但机械过速装置无法驱动重锤关机装置。

事故停机电磁阀动作后，插装阀①上腔的回油变为压力油，将主配压阀开机侧油路截断，插装阀②上腔的压力油变成回油，接力器开机腔液压油通过事故配压阀直接和回油箱接通。但是机械过速动作后，机械液压脱扣器被离心探测器所触发，其行程阀使事故配压阀动作，一路压力油通过梭阀将插装阀①封死，另一路压力油作用于液控单向阀④，使插装阀②上腔接通回油。若事故停机电磁阀可以正常驱动事故配压阀，但机械过速无法驱动事故配压阀。有3个方面的原因：1）机械过速液控阀卡阻，阀芯无法正常动作，油路无法切换。2）液控单向阀卡阻，压力油无法将其打开，插装阀不能正常接通回油。3）梭阀卡阻，插装阀不能截断主配压阀开机侧油路。针对以上3个原因：模拟机械过速动作打开液控阀后端盖，发现液控阀控制油路为回油时，液控阀阀芯靠弹簧力无法回位。将液控阀解体后，发现先导活塞卡阻严重，用金相砂纸将先导活塞打磨后，回装活塞动作灵活。将液控单向阀解体后，阀芯动作灵活。检查梭阀，也无卡阻现象。初步判断此次故障，是由于机械过速液控阀卡阻，造成油路无法正常切换造成的。全部回装完成后，再次动作试验事故配压阀动作正常。

（2）重锤关机装置动作时管路有明显振动。

在调速系统初次建压充油后，动作事故配压阀，发现开机侧管路有明显振动，重锤关机装置插装阀和重锤关机装置壳体有明显的撞击声。经分析事故配压阀动作后，主配压阀开机腔油路被插装阀①切断，接力器开机腔液压油通过事故配压阀直接和回油箱接通。经仔细观察发现，事故配压阀控制油滤后压力偏低，插装阀上腔的压力油油压偏低不足以将插装阀①封死。打开油压装置回油箱发现，导叶动作时回油箱有较多气泡，初步判断接力器开腔有空气，事故配压阀动作后回油速度较快压缩空气产生了较大的压力，致使插装阀反复动作。通过更换辅控油滤芯，滤前滤后控制油无压差，多次动作导叶全开全关排尽导叶接力器管路里的空气后，再次动作事故配压阀，管路振动和插装阀和事故配压阀壳体撞击声消除。

（3）模拟机械过速装置动作，重锤关机装置动作滞后严重。

现场模拟机械过速动作时，从行程阀动作到接力器开始关闭有12.42 s的时间。若此时机组甩负荷，主配压阀卡阻、事故停机电磁阀电源消失，机组转速持续升高，只能靠机械过速关闭导叶，但是经12.42 s的延时，必然造成机组转速更高甚至达到飞逸转速，造成严重后果。从重锤关机装置的原理分析来看，重锤关机时主配压阀若卡在关机侧，关机腔接通压力油加速导叶关闭。若主配压阀在中位，接力器的关机腔由于真空的作用会吸开关机油路与回油箱间的单向阀而使接力器关机腔充满无压油。若主配压阀卡在开机侧，接力器关腔通过主配压阀和回油箱连通。接力器开机腔的回油必须顶开插装阀的阀芯后才能进入回油箱，才能完成关机动作。由此可见，重锤的力矩既要克服导水机构的摩擦力，又要有一部分余量来打开单向阀和插装阀的阀芯。若插装阀的排油回路不畅，定会影响接力器动作的时间。

在第1次测试动作时间时，发现从机械过速装置动作到接力器开始关闭有12.45 s。由于液控换向阀是靠活塞推动阀芯动作，活塞一边是控制油，另一边是弹簧。当控制腔为压力油时，油压力大于弹簧力，液控阀处于复归状态，当控制腔为回油时，弹簧力大于油压力，液控阀处于动作状态。由于动作时，主要靠弹簧的弹力来推动阀芯，从增加动力的角度出发，在弹簧上加装了一个铜垫。再次测试从机械过速动作到导叶接力器动作还是有9.86 s。之前考虑到机械过速装置已经来回动作过很多次，控制管路里面的空气应该排除干净了。进一步分析动作过程发现，机械过速装置复位后，压力油进入控制油管，由于油管比较长且另一端密闭。当机械过速装置动作后，管内压力油会排出一部分，由于控制油管另一端是密封的，所以管路里面还是有液压油。因此短时间内通过机械过速装置动作无法将管路内的空气排出。所以，当机械过速动作后，虽然弹簧力起作用，但是由于另一侧压缩空气存储的能力不能快速释放，延缓了阀芯动作。于是，下一步要将控制油管内的空气排掉，首先关闭辅助控制油源，然后将控制管路拆开用软管将管路延长至油桶内，避免排空气时液压油飞溅。做好这些措施后，将机械过速装置扳动至复归位置，缓慢开启辅助控制油源待有液压油流出即代表油管内空气排除干净。接好控制管路，将各阀门恢复至正常状态，再次模拟机械过速动作，从机械过速动作到导叶接力器开始关闭为1.67 s，满足要求。

（4）机械过速复归后，通过主配压开启导叶，会出现压力迅速降低的状况。

由于机械过速装置控制管路较长，液控换向阀动作较少活塞有可能存在卡阻的现象，管路首次充油，空气有可能未排除干净等原因，机械过速装置复位后，液控换向阀完全切换到位有一定的时间差。若此时操作导叶主配压阀向开机侧动作，由于液控换向阀⑥未完全到位，此时插装阀②上腔的压力油有可能无法将插装阀②完全封死。这样导叶主配压阀开机腔的压力油经过插装阀②直接回到回油箱。由于插装阀②是按导叶的第一段关闭时间来调整的，因此过油量相当大。而且，也不会像正常动作导叶时，当导叶开至最大后就不会有回油了。曾经在调试过程中，也发生过类似的油压装置压力迅速降低现象，由于现场调试人员经验不足，只想到用最直观的方法关闭主供油阀，由于主供油阀选用的是闸阀，全开到全关时间较长。由于反应比较迅速，等到主供油阀全关时，压力油罐的油位已经很低了，油压只有4.3 MPa。若关闭速度再慢点就可能造成压力油罐内的气体直接泄到回油箱造成液压油的飞溅。针对这种异常情况，可以通过停止操作导叶主配压阀来切断压力油源，或者手动动作事故停机电磁阀，来迅速将插装阀②封死，都可以避免油压装置内空气通过主供油阀迅速排到回油箱造成事故。

4 小结

通过分析重锤关机装置在调试过程中遇到的几个典型问题，不难发现若遇到异常情况，如果未采取正确的处理方法，可能造成重大的事故。针对机械过速装置动作后，控制管路空气排除较困难的问题，笔者认为可以在液控换向阀管路接头处增加一个三通，加装一个排气阀。在每次管路首次建压充油后，可以方便的将控制管路内空气排干净。