某电站调相压水主压气阀异常开启原因分析

晁新刚 1 田云飞 2

【摘 要】 抽水蓄能机组在调相时涉及较为复杂的压水补气操作，而这些操作都要依靠液压阀实现。液压阀的频繁操作易出现异常，导致机组启动不成功。本文介绍了某电站在抽水调相工况运行期间，主压气阀异常开启的故障现象及其原因分析，以实例分析了液压阀在运行中的注意要点，并针对事件原因提出了运维建议。

【关键词】 主压气阀 补气阀 调相 电磁液压阀 压水

1. 引言

抽水蓄能机组进行调相运行时，需要对转轮室补气，将水位压低，使转轮在空气中旋转。一般调相压气设置两个阀门，一个是主压气阀，其管径较粗，补气速度快，可在数秒内将尾水压低到合适水位，另一个是补气阀，其管径较小，补气速度较主压气阀慢，机组在调相工况运行时，由于漏气等原因导致尾水水位上升，此时需要使用补气阀进行补气，将尾水压低。

因此，主压气阀用于机组调相压水期间，为转轮室补气，将尾水压低至一定水位，使得转轮在空气中旋转。正常情况下，调相启动至机组较低转速或在机组开始有转速前，主压气阀开启，经过延时自动关闭，后面不再开启，抽水调相启动过程及稳态工况需要补气时，则由补气阀根据水位调节。

机组调相运行时，除了上面提到的液压阀外，一般还设置有水环排水阀、蜗壳均压阀、排气阀等，这些液压阀的共同特点是：

1.1 电磁阀为驱动机构，阀门本体为普通球阀，由电磁阀控制油路通断，油压驱动阀芯开启和关闭，因此在检查时应分别检查驱动机构、阀门本体、控制机构等；

1.2 使用油压操作，油源取自机组球阀或者调速器系统；

1.3 参与机组控制，当开关异常会导致机组启动失败，影响机组启动成功率。

下面介绍一起主压水阀异常开启的典型事件，为电站日常运维提供借鉴。

2. 事件过程

2.1 事件经过

2019年1月11日，00：42分，某电站3号机抽水调相稳态运行时，主压气阀异常打开，监控出现报警“3号机尾水水位低报警 ”，监控检查发现主压气阀开启状态，现地检查确认主压气阀异常开启。

现场人员现地确认无其他异常后，使用螺丝刀手动捅主压气阀关闭侧电磁阀阀芯，主压气阀关闭正常，监控报警复归，机组运行恢复正常^[1]。

2.2 故障信息收集

1月11日，现地检查盘柜端子、电磁阀本体、阀门本体并无明显异常。通过现地手动捅电磁阀、短接命令端子模拟发令方式，主压气阀均动作正常。清扫主压气阀电磁阀，内部干净，盘根正常，阀芯无卡涩等异常^[2-3]。

查看实时系统中主压气阀本体及命令信号，如图1、图2所示。

其中蓝线为主压气阀实际状态，黄线为主压气阀开启启令，黑线为补气阀实际状态。

由图中可知，主压气阀第一次是由于监控发令打开（正常开启），发令结束后约5s，阀门达到开启状态。第二次属于异常开启，此时没有监控发令，但可以观察到，其打开是在补气阀开启令发出后约3s，补气阀开启后约9.7s。

图1 主压气阀第一次打开

图2 主压气阀第二次打开

3. 故障分析

3.1 原因分析

3号机主压气阀开启逻辑为，调相期间转速达到15%，监控发令，主压气阀开启，延时20s后自动关闭，之后不再开启。根据检查结果，可以得到如下结论：

1. 查看实时系统，主压气阀在异常开启时，没有监控发令，排除监控误发令可能。而且主压气阀无法在监控画面中手动开启，排除人为远方误操作可能；

2. 检查相关盘柜命令端子均无松动等异常，排除电气回路异常的可能；

3. 检查阀门、油管路回路，未见明显异常，排除油压、阀门本体发卡原因；

4. 进一步清扫电磁阀检查，并无异常，排除电磁阀的原因；

5. 由于主压气阀在开启时间上与补气阀发令及本体开启有一定的相关性，怀疑是否为补气阀开启后，油流反向进入主压气阀开启腔，导致主压气阀打开，但是开关试验并未出现该现象。同时阀芯动作后，另一腔始终连接排油（参考下文中电磁阀工作原理），不存在压力油反向流入打开阀门的可能性。

由于进行了多次试验，结果均正常，可以判断该现象为偶发情况。但是为了避免再次发生类似情况，提升设备健康水平，需要对本次事故原因进一步分析，找出故障发生的真实原因。

3.2 进一步分析

主压气阀开启过程中，电磁阀本身、阀门本身为转动部件，其余均为静止设备，因此电磁阀、阀门本体为重点怀疑对象。

其中对阀门本体试验，动作、反馈均正常，无漏水、漏气现象，基本可以排除。而电磁阀本身比较精密，受油质、压力、空气等因素影响较大，所以应重点分析。

参考2011年至2019年液压发生的缺陷次数（如表1所示），该电站的6个电磁阀共计发生缺陷29起，其中危急缺陷2起，严重缺陷2起，因电磁阀原因10起，占比34.5%，电磁阀内部出现异常概率较大。

表1 液压阀故障统计表

类型	次数	占比（%）
缺陷次数	29	100
其中：电磁阀本体导致	10	34.5
阀门本体导致	7	24.1
电气控制及反馈回路导致	6	20.7
其他原因导致	6	20.7

主压气阀的电磁阀品牌为：VICKERS；型号为：DG4V-3S 2NMUP560，根据供应商提供的说明书，其内部结构图如下所示：

图3 电磁阀内部结构图

电磁阀工作原理（结合图3、图4所示）：

P腔始终接通压力油，T腔始终接通排油，当阀芯左移，P腔与A腔联通，同时T腔与B腔联通。工作时，压力油从P腔进入，A腔出来，驱动主压气阀阀门本体动作，然后回到B腔，从T腔流回到压力油系统；

当阀芯右移，P腔与B腔联通，同时T腔与A腔联通，工作时，压力油从P腔进入，B腔出来，驱动主压气阀阀门本体动作，然后回到A腔，从T腔流回到压力油系统。

图4 电磁阀内部油回路接口

原因分析：

1. P、T、A、B接口均有一道O型圈，起到密封效果。电磁阀阀芯为金属材质，依靠加工精度实现金属密封，同时利用透平油润滑，在长期使用过程中，可能存在阀芯磨损，电磁阀内部轻微渗漏等问题，也影响电磁阀实际效果。从拆除结果来看，并未发现阀芯磨损现象，多次试验并未再次出现故障现象，因此可以排除。

2. 结合3号机刚完成A级检修，主压气阀操作回路油管路重新拆装过，集油槽重新换油，油流中存在空气，而现场实际中，主压气阀回路位置较高，空气难以自动排出。空气的存在，使阀门的操作出现异常，影响了阀芯正常动作。

针对这一判断，现场进行了专项检查，发现操作管路中确实有空气，对油管路进行充分排气，回装电磁阀及管路，试验正常，经过长期关注，再未出现阀门异常开关现象。

因此，基本可以确定由于主压气阀油管路位置较高，比较容易积聚空气，且管路中未设置排气阀，导致空气无法排出，因此，产生了液压阀的异常开启。

4. 结论

本次事件处理期间，曾咨询厂家技术人员，试图寻找电磁阀层面可能的原因，但厂家认为电磁阀出问题的可能性较小，并建议寻找外部原因。而根据前面的分析，电磁阀油流中存在空气，已经在实际中得到验证，后面将该现象反馈给厂家，希望厂家在设计、维护、保养等方面进一步改善。

同时对设备检修、设备运行人员来说也需要采取措施进行针对性的排气，以避免类似事件的发生，在进行完油管路排空等检修工作后，应进行管路排气操作，避免类似故障再次出现。从历年的缺陷统计中也可以看出电磁阀故障比较频繁，而本次异常现象及原因分析，为类似故障提供了较好的解决方法。

参考文献

1. 李浩良.抽水蓄能电站典型故障处理点评[M].北京：中国电力出版社，2017.

2. 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司.天荒坪电站运行20周年总结[M].北京：中国电力出版社，2018.

3. 国网新源控股有限公司.水电厂运维一体化技能培训教材：高级[M].北京：中国电力出版社，2015.