压油装置油泵电机过载启动原因分析与处理

覃祚权，黄 银，游太稳

（贵州乌江水电开发有限公司构皮滩发电厂，贵州 遵义564408）

0 引言

调速器系统是水电厂重要的水力机械辅助设备，是水轮发电机组启动、停止、调节出力的动力源，事故情况下，通过其事故回路，动作导水机构，从而实现快速停机。为保障设备安全运行，需要靠压油泵快速供油，使调速器系统压力恢复到设计值范围内。因此为了快速恢复调速器系统压力，将选用功率较大的压油泵和电机，当油泵电机全压启动时启动电流就会过大，势必会对厂用电系统造成更大的冲击。该厂压油装置压油泵启动回路采用软启动器，该软启动器使用调压装置在规定的启动时间内，自动地将启动电压连续、平滑地上升到额定电压，此时电机的转矩就会平滑地增大，一直到转矩为最大值1N·m时为止，启动过程结束。这样就会减小启动电流冲击，使电机转速逐渐上升，避免冲击厂用电系统引起跳闸。

1 系统简介

构皮滩水电厂压油装置有两套相同的电机泵组和一套增压泵组，当机组在运行工况时，一套油泵做间断运行，另一套作为备用，两套主油泵互为备用。一套增压泵作间断运行，主油泵根据压油罐内的压力变化启动或停止，压油装置由空气罐、压油罐、压油泵、组合阀（安全阀、卸载阀及单向阀）、压油泵出口阀和系统管路组成（如图1）。在压油泵控制回路中采用型号为Altistart 48软启动器进行控制。

图1 压油装置示意图

2 故障现象及原因分析

2019年12月，在2号机组压油装置检修完成后的恢复建压过程中，当压油罐油位为2/3额定油位，空气罐压力为5.0MPa时，手动启动1号压油泵后发生因油泵电机过载，导致的机组自用电Ⅰ段压油装置开关过流保护动作跳开故障。油泵过载现象是由于电动机电流过大引起泵体的轴功率大于额定功率所致。在软启动器控制面板显示“过载”保护动作，下面对可能引起软启动器报“过载”的故障原因进行分析。

（1）泵组故障原因排查

1）主动螺杆、从动螺杆的棱角有毛刺和飞边，接触不良或油泵轴承损坏等原因造成油泵螺杆发生损坏卡死时，启动电机会直接导致电机过载。检修时解体泵头，检查主动螺杆和从动螺杆未发现有变形和异常磨损情况，轴套无偏磨现象，磨损程度正常；轴承检查无异常磨损和晃动；油泵骨架密封压盖无过紧情况。

2）油泵进油滤网被堵塞或回油箱油位过低。检修时对回油箱内部进行检查，滤网完好无异常堵塞，回油箱油位正常。

3）油泵与电机轴线不同心。检修时对油泵和电机解体，发现泵轴与电机轴配合正确，油泵和电机安装后水平均满足要求，整体装复后盘车灵活无卡阻。

（2）电机及轴承故障原因排查

1）对泵组电动机定子线圈绝缘检测，绝缘电阻≥0.5MΩ，电机轴承位无异响，中心轴旋转平稳，确认电机无异常，排除电机定子绝缘不合格的可能。

2）检修时对油泵电机的一次电缆及接头试验并检查，电缆绝缘电阻合格，接头牢固无异常烧损现象，上电后检查电压正常未发现缺相情况。

（3）软启动器参数设置不合理排查

软启动器参数设置不合理，会导致因瞬时电流过大，机组自用母线电压造成过大冲击，不仅会造成电机绕组过热引起绝缘损坏，同时过大的启动转矩产生机械冲击，对被带动的设备造成更大的冲击力，造成机械传动部件的非正常磨损，缩短寿命。

该压油装置采用施耐德产品，型号为ATS48C32Q

软启整定电流：477A

限制电流：400%×210A=840A

加速斜坡：15s

启动力矩：额定力矩的20%

压油泵电机额定电流为210A，软启动器额定电流约等于电机额定电流2倍，满足现场压油装置油泵电机运行要求，故排除由于软启动器参数设置不符合现场要求造成的电机过载启动。

（4）组合阀故障排除

1）控制电磁阀检查。对控制电磁阀阀座进行解体检查，阀芯无异常磨损和划痕，动作灵活无卡阻；测量控制电磁阀线圈电阻值正常。

2）组合阀阀体检查。阀芯表面无异常磨损和划痕，装复后位置调速螺栓恢复检修前距离，阀芯动作灵活无卡塞，阀芯位位置指示滑动轮检查正常，固定销栓无脱落，阀芯位置指示装置动作正常无卡塞。

（5）泵组电机“启动/停止”与组合阀“加载/卸载”操作控制流程不完善

压油装置液压系统如图2所示，压油装置组合阀由安全阀、单向阀和卸荷阀组成，组合阀与油泵工作原理如下：

图2 压油装置液压系统

压油装置压力油泵在泄压状态时，电磁阀是两位四通阀，压油装置电磁阀线圈2馈电，电磁阀通路状态为P接口、A接口与F控制管路压力油截断，接口T、接口B与D控制管路相接至回油箱。卸荷阀是两位两通阀，卸荷阀控制腔3与D控制回路相通至回油箱，卸荷阀控制腔4与E控制管路相通至油泵出口压力油，卸荷阀阀芯在控制腔3与控制腔4压差条件下，卸荷阀接口P与接口T相通至回油箱。此时，整个压油装置组合阀处于油泵电机启动前的卸荷状态，当油泵电机启动时，不会造成油泵电机过载启动。

压油装置压力油泵在加载时，压油装置电磁阀线圈1馈电，电磁阀通路状态下F控制管路、D控制管路至卸荷阀控制腔3相通，控制腔3与控制腔4在压差条件下阀芯动作将卸荷阀接口T与接口P截断，压力油经油泵出口、单向阀至压力油罐，压力罐压力升至停泵压力时，电磁阀线圈2馈电，电磁阀阀芯导通卸荷阀引导卸荷阀阀芯投入卸荷通路，然后油泵电机停止运行。

通过上述压油装置液压系统原理分析，导致油泵电机过载启动可能原因分析如下：

（1）油泵电机启动之前，控制电磁阀阀芯在“加载”通路，而卸荷阀阀芯在“卸荷”通路。将电磁阀手动切至“加载”位置，通过启动油泵电机实验，并未发现油泵电机发生过载启动现象，电机正常运转。

（2）油泵电机启动之前，电磁阀阀芯在“卸载”通路，卸荷阀阀芯在“加载”通路。通过对压油装置泄压前的状态分析，压油装置泄压前组合阀处于正常的“泄载”回路，当空气罐内空气压力泄压为零时，组合阀卸荷阀阀芯处于“卸载”通路，没有压力源使得卸荷阀阀芯处于“加载”通路，并且，通过验证试验，将卸荷阀处于“加载”状态，电磁阀切至“卸载”位置，启动油泵电机，电机正常启动后，卸荷阀复归至“卸载”通路，油泵电机并未出现异常情况。

（3）油泵电机启动前，电磁阀阀芯在“加载”通路，卸荷阀阀芯在“卸载”通路。在压油装置建压过程中随着空气罐内不断注入压缩空气，使得罐内压力升高，由于电磁阀阀芯“加载”已接通，F控制回路随着空气罐内的空气压力一起升高，组合阀F控制回路、D控制回路及卸荷阀控制腔3相通。因此，当空气罐内压力升高时，导致卸荷阀控制腔3逐渐带压，成有压控制腔，而控制腔4为无压控制腔，在压差条件下缓慢将卸荷阀阀芯切入“加载”通路，这时如果启动油泵电机，会造成电机过载启动。

3 对策措施

（1）泵组及组合阀检修后的要求

1）油泵检修过程中应按标准化作业指导书逐一对零部件进行检查、修复和更换，检修后按要求进行装复，并进行泵组盘车试验，以防止因油泵检修后内部组件装配不合格引起的机械卡死引发油泵电机过载启动。

2）组合阀检修过程中对阀芯进行全面检查，如发现阀芯表面存在划痕和毛刺需要进行打磨修复或更换，端盖调节螺栓在检修前测量其调整值，作为检修后恢复的基准；检查阀芯位置指示装置动作正常，滑动轮固定销钉无变形和脱落。组合阀装复前人为手动动作阀芯应灵活无卡塞，位置指示装置动作正常。

（2）对电机检修后的要求

油泵电机检修后，要测量定子线圈绝缘电阻值，检测结果满足绝缘电阻≥0.5MΩ要求，将电机轴与泵轴解体，人为手动对电机轴进行盘车，电机轴应无明显卡塞或异响，检查电机转子及定子外观无损伤情况，加装电机与油泵轴联接后，空载点动启动泵组，确保电机运行声音正常，电流在正常范围。

（3）满足软启动器设置要求

泵组电机的启动初始阶段，软启动器的输出电压迅速增加，启动电流按设定的上升速率逐渐增大，到达设定值后，保持恒流状态，直至启动完毕。启动电流的上升率是根据泵组负载需要进行调整，电流上升速率高，则启动转矩大，启动时间短。但是，启动转矩过大，启动时间过短则导致启动电流过大，对机组自用电母线电压以及泵组机械部分造成冲击，因此软启动器的整定电流、限制电流、加速斜坡、启动力矩等参数进行符合现场要求的设置，避免因软启动器的参数配置不合理造成泵组电机的误过载启动现象。

（4）压油装置建压逻辑流程优化

在压油装置恢复建压过程中，通过查找原因排除分析利用现场模拟故障状态，通过油泵加载、卸载试验，模拟试验故障状态与实际故障状态一致。由此判断出，造成油压装置建压过程中发生油泵电机过载启动的原因：①压油装置组合阀加载供油后未切至卸载位置，导致空气罐补气过程中随着罐内压力逐渐上升将组合阀阀芯缓慢推动至加载位置，在下一次启动油泵时造成过载启动及开关过流保护动作故障。②现场建压人员对压油装置加载、卸载逻辑原理了解不透彻，压油装置检修后恢复建压流程不熟悉，存在流程漏项。

通过对压油装置组合阀液压原理分析和操作流程（图3部分操作项）梳理，得出以下结论：机组检修后调速器恢复建压过程中，初次利用油泵往压油罐供油，只需启动油泵电机便可以直接往压油罐内充油，不需再次投入组合阀加载，此时投入组合阀加载对充油过程无任何影响，因此可优化操作流程，取消图3中 40、41、43、44项操作；如保留油泵初次启动后的组合阀加载操作，在供油结束时必需手动卸载油泵，严禁只将控制把手直接放至切除状态。

图3 部分建压操作流程

4 效果评估

在2020年汛前1、3、4号机组的检修过程中，通过对组合阀操作流程优化，减少了压油装置恢复建压操作步骤，有效地避免了因操作控制流程不完善造成的油泵电机过载启动故障，这不但延长了设备使用寿命，还提高了设备安全稳定运行能力，同时还降低了因故障带来的人力维护成本、设备检修成本等。

5 结语

水电厂压油装置是电厂的主要辅助设备，其运行故障直接危及调速器设备安全。该装置的优化建压流程和故障排除是水电技术的重点内容，本文深入分析了机组压油装置压油泵电机空开跳闸导致压油装置失电事件的直接原因和间接原因，对压油装置检修后恢复建压的操作流程进行针对性的优化和完善，开展泵组故障的分析工作，采取相应的预防措施，对避免机械事故的发生，延长泵组的使用寿命，都具有重要的意义。同时，在机组压油装置恢复过程中，因消除了类似事故造成设备损坏和危及机组安全运行的隐患，对水电厂的安全经济运行有直接影响，本文有一定的借鉴意义。