小漩水电站#2机重锤关机故障分析及处理
2022-06-09
1概况
小漩水电站位于湖北省十堰市竹山县境内的堵河上游河段，坝址位于竹山县城上游，距下游竹山县城关约3km，距上游潘口电站坝址约12km。电站设计安装3台灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量为50.01MW。电站因其机组结构特点在导水机构控制环上配置一个悬挂重锤，以备在调速系统故障或机组失压情况下依靠重锤强迫停机。
2重锤装置结构特点及工作原理
重锤关闭装置的主要作用是，当机组转速过高、主配压阀拒动（调速器关闭导水机构操作失灵）时，切断主配通道，同时将主接力器开机腔接通回油箱，在重锤作用下关闭导水机构，强迫停机。
小漩水电站重锤关闭装置主要由插装单元③⑥、液控向阀④、电磁换向阀⑤手动换向阀⑦构成。参见下图。
动作原理如下：
2.1正常运行工况
在正常工作情况下，压力控制油通过手动换向阀⑦、电磁换向阀⑤进入插装阀③控制腔，插装阀③关闭，切断了接力器开机腔和回油箱之间的油路，同时插装阀⑥腔接排油，插装阀⑥启，打开主配通往接力器开机腔之间的油路，以实现调速器的正常控制。
2.2重锤关闭装置投入工况
a.当需要重锤关机时，电磁阀⑤得电，压力控制油经电磁换向阀进入插装阀⑥控制腔，插装阀⑥闭，切断主配通往接力器开机腔之间的油路，并使插装阀③控制腔接排油，插装阀③开启，接力器开机腔接回油。此时，若主配在关机侧，接力器关机腔通过主配与压力油相连，重锤关机装置和调速器联合作用关机；若此时主配在中位，在重锤的自重力作用下，接力器活塞向关闭方向运动，关机油路上的单向阀由于负压作用打开，无压油就充满接力器关机腔，实现了重锤关机；若此时主配在开机侧，在重锤的自重力作用下，接力器活塞向关闭方向运动，产生负压，无压油经主配直接充满接力器关机腔，完成重锤关机。关机的速度可通过插装阀③制盖板上的调整螺栓进行调节。
b.当需要重锤关机时，由于电源消失或电磁阀故障而导致电磁阀没有动作，此时必须人工干预。推动手动换向阀⑦把手至关机状态，电磁换向阀接排油，压力油通过手动换向阀直接进入插装阀⑥制腔，使插装阀⑥关闭，切断主配通往接力器开机腔之间的油路；同时打开液控单向阀④确保在任何状态下均能让接力器开机腔和回油之间可靠联通，使接力器关闭。
3设备存在的问题及采取的试验方法
2013年1月26日，#2机组动水调试过程中，发现重锤关机装置不能动作，不能实现重锤关机的功能。经现场技术人员多次调试，采取了以下措施：1、取消重锤关机单向阀的弹簧；2、重锤关机控制装置中插装阀③的调节螺杆截掉15毫米；3、取消重锤关机控制装置中插装阀③的弹簧等等措施。最后重锤装置只能在导叶开度为80%时可以进行关闭动作，但是在关闭动作中，存在着两种现象：1、导叶开度可以80%时关闭到导叶开度20%；2、将2号机组水轮机调速器系统中分段关闭装置切除时，导叶开度可以80%时关闭到导叶开度0。
4原因分析
重锤关机装置设计的出发点是在油压装置与调速系统故障时，仅依靠重锤的重力矩关闭导水机构。与常规事故配压阀的区别在于：事故配压阀动作时有单独的压力油进入接力器关机腔，而关闭导水机构。关于该问题，我们分析有一下几种可能：
⑴现场试验时，主配压阀的阀芯应该处于中间破坏位置，此时投入重锤关机的话，接力器的关机腔必须以抽真空的方式将并联在关机油路与回油箱间的单向阀吸开，才能让关机腔与回油箱的无压油联通而关机。同时，接力器开机腔的油必须顶开插装阀的阀芯后进入回油箱，才能完成关机动作。由此可见，重锤的阻力矩既要克服导水机构的摩擦力矩，又要有一部分余量来打开单向阀和插装阀的阀芯。但现场两个阀的弹簧已经拿掉，应该讲消耗在这两个地方的力已经很小了。且单向阀和插装阀部分也应该不会卡死，若真的卡死的话，即使关机腔接压力油也不可能关闭导水机构。
⑵我们怀疑有可能是重锤重量不够而导致重锤装置不能动作，但经过主机厂家核算认为重锤重量是满足设计要求的。
⑶上述两个原因都被排除后，我们认为导致重锤关机装置不能工作的主要原因为导水机构存在机械卡阻。我们分析认为造成卡阻的具体原因可能是内、外配水环同心度及导叶上、下轴同心度为满足设计要求，使单个或多个导叶转动不灵活，摩擦力矩加大，重锤力矩无法克服摩擦力矩造成机组无法正常事故停机。
5处理方法
因为导水机构存在的机械卡阻问题需要机组大修时才有可能解决，且目前机组正处在汛期大发电时期，为保证机组安全、稳定运行，我们与主机及调速器厂家多次沟通最终决定在调速器关机腔管路上串一个阀组让其与重锤关机装置一起组成事故配压阀。如上图所示：
在正常工作情况下，重锤关机装置动作流程与未加阀组是相同。新增阀组工作原理如下：来自压力油罐的压力控制油通过手动换向阀、电磁换向阀⑩进入插装阀⑧控制腔，插装阀⑧关闭，切断了接力器关机腔和回油箱之间的油路，同时插装阀腔接排油，插装阀启，打开主配通往接力器关机腔之间的油路，以实现调速器的正常控制。
当需要重锤关机时，锤关机装置动作流程与未加阀组是相同。新增阀组工作原理如下：电磁换向阀⑩得电，压力控制油经电磁换向阀进入插装阀控制腔，插装阀闭，切断主配通往接力器关机腔之间的油路，并使插装阀⑧控制腔接排油，插装阀⑧开启，接力器关机腔接压力油罐压力油。若电磁换向阀⑩未得电，需人为干预推动手动换向阀，使压力油直接进入插装阀，同时打开液控单向阀⑨确保在任何状态下均能让接力器关机腔和油罐压力油之间可靠联通，使接力器顺利关闭。
6结语
小漩#2机重锤装置增加阀组后经过调试、试运行，各阀组运行正常，重锤装置能够实现事故停机，且整个调速系统运行稳定，最终解决了机组运行中的安全隐患。
[参考文献]
[1]王爱生.新型重锤关机与分段关闭装置的研究及应用[J].长江科学院院报.2003年第2期.
小漩水电站位于湖北省十堰市竹山县境内的堵河上游河段，坝址位于竹山县城上游，距下游竹山县城关约3km，距上游潘口电站坝址约12km。电站设计安装3台灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量为50.01MW。电站因其机组结构特点在导水机构控制环上配置一个悬挂重锤，以备在调速系统故障或机组失压情况下依靠重锤强迫停机。
2重锤装置结构特点及工作原理
重锤关闭装置的主要作用是，当机组转速过高、主配压阀拒动（调速器关闭导水机构操作失灵）时，切断主配通道，同时将主接力器开机腔接通回油箱，在重锤作用下关闭导水机构，强迫停机。
小漩水电站重锤关闭装置主要由插装单元③⑥、液控向阀④、电磁换向阀⑤手动换向阀⑦构成。参见下图。
动作原理如下：
2.1正常运行工况
在正常工作情况下，压力控制油通过手动换向阀⑦、电磁换向阀⑤进入插装阀③控制腔，插装阀③关闭，切断了接力器开机腔和回油箱之间的油路，同时插装阀⑥腔接排油，插装阀⑥启，打开主配通往接力器开机腔之间的油路，以实现调速器的正常控制。
2.2重锤关闭装置投入工况
a.当需要重锤关机时，电磁阀⑤得电，压力控制油经电磁换向阀进入插装阀⑥控制腔，插装阀⑥闭，切断主配通往接力器开机腔之间的油路，并使插装阀③控制腔接排油，插装阀③开启，接力器开机腔接回油。此时，若主配在关机侧，接力器关机腔通过主配与压力油相连，重锤关机装置和调速器联合作用关机；若此时主配在中位，在重锤的自重力作用下，接力器活塞向关闭方向运动，关机油路上的单向阀由于负压作用打开，无压油就充满接力器关机腔，实现了重锤关机；若此时主配在开机侧，在重锤的自重力作用下，接力器活塞向关闭方向运动，产生负压，无压油经主配直接充满接力器关机腔，完成重锤关机。关机的速度可通过插装阀③制盖板上的调整螺栓进行调节。
b.当需要重锤关机时，由于电源消失或电磁阀故障而导致电磁阀没有动作，此时必须人工干预。推动手动换向阀⑦把手至关机状态，电磁换向阀接排油，压力油通过手动换向阀直接进入插装阀⑥制腔，使插装阀⑥关闭，切断主配通往接力器开机腔之间的油路；同时打开液控单向阀④确保在任何状态下均能让接力器开机腔和回油之间可靠联通，使接力器关闭。
3设备存在的问题及采取的试验方法
2013年1月26日，#2机组动水调试过程中，发现重锤关机装置不能动作，不能实现重锤关机的功能。经现场技术人员多次调试，采取了以下措施：1、取消重锤关机单向阀的弹簧；2、重锤关机控制装置中插装阀③的调节螺杆截掉15毫米；3、取消重锤关机控制装置中插装阀③的弹簧等等措施。最后重锤装置只能在导叶开度为80%时可以进行关闭动作，但是在关闭动作中，存在着两种现象：1、导叶开度可以80%时关闭到导叶开度20%；2、将2号机组水轮机调速器系统中分段关闭装置切除时，导叶开度可以80%时关闭到导叶开度0。
4原因分析
重锤关机装置设计的出发点是在油压装置与调速系统故障时，仅依靠重锤的重力矩关闭导水机构。与常规事故配压阀的区别在于：事故配压阀动作时有单独的压力油进入接力器关机腔，而关闭导水机构。关于该问题，我们分析有一下几种可能：
⑴现场试验时，主配压阀的阀芯应该处于中间破坏位置，此时投入重锤关机的话，接力器的关机腔必须以抽真空的方式将并联在关机油路与回油箱间的单向阀吸开，才能让关机腔与回油箱的无压油联通而关机。同时，接力器开机腔的油必须顶开插装阀的阀芯后进入回油箱，才能完成关机动作。由此可见，重锤的阻力矩既要克服导水机构的摩擦力矩，又要有一部分余量来打开单向阀和插装阀的阀芯。但现场两个阀的弹簧已经拿掉，应该讲消耗在这两个地方的力已经很小了。且单向阀和插装阀部分也应该不会卡死，若真的卡死的话，即使关机腔接压力油也不可能关闭导水机构。
⑵我们怀疑有可能是重锤重量不够而导致重锤装置不能动作，但经过主机厂家核算认为重锤重量是满足设计要求的。
⑶上述两个原因都被排除后，我们认为导致重锤关机装置不能工作的主要原因为导水机构存在机械卡阻。我们分析认为造成卡阻的具体原因可能是内、外配水环同心度及导叶上、下轴同心度为满足设计要求，使单个或多个导叶转动不灵活，摩擦力矩加大，重锤力矩无法克服摩擦力矩造成机组无法正常事故停机。
5处理方法
因为导水机构存在的机械卡阻问题需要机组大修时才有可能解决，且目前机组正处在汛期大发电时期，为保证机组安全、稳定运行，我们与主机及调速器厂家多次沟通最终决定在调速器关机腔管路上串一个阀组让其与重锤关机装置一起组成事故配压阀。如上图所示：
在正常工作情况下，重锤关机装置动作流程与未加阀组是相同。新增阀组工作原理如下：来自压力油罐的压力控制油通过手动换向阀、电磁换向阀⑩进入插装阀⑧控制腔，插装阀⑧关闭，切断了接力器关机腔和回油箱之间的油路，同时插装阀腔接排油，插装阀启，打开主配通往接力器关机腔之间的油路，以实现调速器的正常控制。
当需要重锤关机时，锤关机装置动作流程与未加阀组是相同。新增阀组工作原理如下：电磁换向阀⑩得电，压力控制油经电磁换向阀进入插装阀控制腔，插装阀闭，切断主配通往接力器关机腔之间的油路，并使插装阀⑧控制腔接排油，插装阀⑧开启，接力器关机腔接压力油罐压力油。若电磁换向阀⑩未得电，需人为干预推动手动换向阀，使压力油直接进入插装阀，同时打开液控单向阀⑨确保在任何状态下均能让接力器关机腔和油罐压力油之间可靠联通，使接力器顺利关闭。
6结语
小漩#2机重锤装置增加阀组后经过调试、试运行，各阀组运行正常，重锤装置能够实现事故停机，且整个调速系统运行稳定，最终解决了机组运行中的安全隐患。
[参考文献]
[1]王爱生.新型重锤关机与分段关闭装置的研究及应用[J].长江科学院院报.2003年第2期.