数据分析在水电站调速器压油泵故障处理中的应用

张学军

（1.五凌电力有限公司五强溪水电厂，湖南 沅陵 419642；
2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

水电站调速器是水轮发电机组非常重要的辅助控制设备之一，它的运行品质好坏直接决定了机组运行的安全和稳定。通常而言，调速器故障的发现主要通过计算机监控系统、巡视巡查手段实现，但该手段发现问题时，往往在故障发生之后，不符合电站关口前移、防范隐患的理念。

通常而言，故障的出现，往往伴随着不良的预警特征值，如轴线问题伴随着机组运行振动偏大，泵体卡涩伴随着电机运行电流偏大，基于这一理念，远程运维系统通过大数据统计分析及趋势预警功能，实现关键特征值的统计分析，进而通过数据变化趋势，完成特征值的不良变化预警，帮助电站工作人员实现关口前移，防范隐患，同时也为电站锁定问题症结，遏除隐患提供理论基础。

2021年，远程运维系统预警电站2、5号机组调速器压油泵启停时间间隔缩短，存在较低下限。

根据GB/T 9652.1-2019《水轮机调速系统技术条件》4.4.14要求，在调节系统稳定状态下，对于间歇运行的油压装置，油压从正常操作油压上限降至正常操作油压下限的间隔（油泵启动间隔）时间应大于30 min[1]。

针对这一现象，电站立即调取2号、5号机调速器2021年3月～11月压油泵启停时间间隔数据，按开、停机工况区分，绘制曲线图，逐一分析如下：

（1）2号机：

图中较低位置均为开停机瞬间或调频期间，调速器动作消耗油压造成，过高位置为系统误差，停机态下启停时间趋势重点关注直线段（非峰值），开机态下因峰值较多，重点关注曲线平均值，依此绘制平均值曲线如图1重黑实线所示，由趋势线可知，在停机状态下，如图1所示，2号机调速器压油泵启停时间间隔情况变化较为平稳，基本稳定在2～3 h之间，2号机调速器压油泵起停时间没有恶化趋势；
在开机状态下，由2020年分析结果，稳定工况下（机组不参与调频工作），2号机调速器压油泵启停周期由4 h逐步缩短至3 h以内，巡屏检查机组运行时，油泵启停间隔最短缩短至2 h，由图2可知，2021年2号机调速器压油泵起停时间间隔处于2～3 h之间，与去年数据和图形相比近似，无恶化趋势。

图1 2号机调速器开机时压油泵时间间隔曲线

图2 2号机调速器停机时压油泵时间间隔曲线

结合数据分析，2号机调速器压油泵启停时间间隔没有继续恶化的趋势，但同比于1号、3号、4号机组，2号机调速器压油泵启停时间间隔相对较短，因此还需进一步分析原因，排查问题情况。

在满负荷稳定工况下，电站对2号机、4号机调速器回油箱进行了观察，如图3所示，发现2号机组主配回油管上方液面存在翻油现象，即当主配处于中位时，主配回油腔排油口有油液流出；
同比相同工况下4号机组，主配回油管上方液面较为平静，基本可确定无油液流出，该现象说明2号机主配压阀中位可能存在漂移情况，该漂移情况导致主配压阀活塞存在向关机腔或开机腔偏移，压力油不断通过因偏移连通的阀腔回油，形成回油箱油面翻油现象，但该原因仅为该现象的初步分析，后续实际情况，还需进一步验证。

图3 调速器稳定状态下回油箱主配位置情况对比

图3左为2号机组满负荷稳定工况下回油箱状态，可明显看到油面波动，内部持续有油涌出，图3右为同状态下4号机组，作为对比，油面安静，无异常现象。

（2）5号机：调取5号机调速器2021年3月～11月压油泵启停时间间隔数据，按开、停机工况区分，绘制曲线图如图4。

图4 5号机调速器开机时压油泵时间间隔曲线

图5 5号机调速器停机时压油泵时间间隔曲线

图中较低位置均为开停机瞬间或调频期间，调速器动作消耗油压造成，过高位置为系统误差，与2号机分析过程类似，从图像中可知，5号机在停机时，油泵启停时间间隔变化平稳，在3～4 h之间，无恶化趋势，开机过程因图4坐标轴区间过大，不易观察，现截去大于5 h的误差值，重新绘制图像如图6所示。

图6 5号机调速器停机时压油泵时间间隔（＜5 h）曲线

从图6中可以看出，5号机开机过程油泵起停时间间隔趋势较为平稳，无明显恶化趋势，均值在2 h左右，而此前报警时间段为圆圈圈中部分，查阅该时间段机组工况及压油槽油压数据，截取图形如图7所示。

图7 5号机调速器圆圈部分曲线

从图7中可以看出，该时间段机组开机过程调功频繁，引起压油泵启停频繁，时间间隔缩短[2]，为正常现象，与此同时，在满负荷稳定工况下，电站检查5号机调速器回油箱，内部情况与2号机类似，主配回油管上方液面存在翻油现象。

根据电站主配压阀结构，当机组处于开机时，主配在未接收操作指令时处于中位，在停机时由于停机电磁阀投入主配控制腔失压而处于关机位。调速器压油泵启停时间间隔缩短直接原因为压油槽失压较快，结合回油箱内主配回油管上方液面翻油现象，可得出以下几种可能。

（1）主配压阀活塞与衬套之间因磨损、划伤等原因导致间隙变大[3]（原始间隙0.015～0.025 mm），造成压力油通过阀芯间隙流入回油腔；
因目前可观测到泄漏量较大，而阀芯阀套磨损所造成的间隙增大是一个长期且不可逆的过程，且往往伴随着导叶波动增大。

（2）主配压阀衬套与回油腔O型密封破损，造成回油腔与压力腔连通，来自压油槽的压力油不断通过该破损处，流入回油箱。

（3）主阀活塞中位漂移[4]，即阀芯阀盘与衬套过油口中心未完成对正，因调速器设计考虑调节灵敏度，主配压阀行程均设计为较小数值，当中位存在微小漂移时，造成主配上、下阀盘不能完全隔离主配阀体各腔。导致开机腔（下漂移）或关机腔（上漂移）与回油腔联通，压力油持续泄压至回油箱，使主配频繁动作，开始向上述泄压腔补油，压油槽压力消耗加快，压油泵启停时间间隔缩短。

此外，在调速器液压系统油温度较高时，油的黏度降低，流动性更强，通过活塞与衬套间隙损失至回油箱的压力更多，压油泵启停时间更短，这与停机过程压油泵启停时间间隔随季节变化趋势相符。

针对上述分析，为保障机组安全稳定运行，避免压油泵启停时间间隔持续缩短导致的压油槽补压故障，调速器液压系统动力模块失效，影响机组安全稳定运行，在机组检修前，电站采取了以下预控措施。

（1）持续关注2号、5号机组压油泵启停时间间隔趋势，提前做好抢修准备，避免启停时间进一步缩短影响机组调速器正常功能；

（2）持续关注2号、5号机稳定工况下导叶运行规律，将其与压油槽油压变化趋势进行关联性分析，预防泄压速度加快造成的波动值扩大；

（3）持续关注2号、5号机稳定工况下回油箱主配下方油面波动情况，结合压力变化数据，记录观测内漏量变化。

通过长时间巡检观测，2号、5号机组调速器健康状态稳定，未出现进一步恶化趋势，为彻底处理该问题，电站在检修过程中，逐一完成2号、5号机组主配压阀解体检修。

通过解体检修，主配压阀活塞与衬套间隙及主配压阀衬套与回油腔O型密封均正常，但在无水调试中，接力器漂移达标但存在向关机方向移动趋势（2号机：0.2 mm/30 min；
5号机：0.24 mm/30 min），根据DL/T 496-2016《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》中4.8.4.4内容：“对于积分式手动操作方式，释放接力器锁锭后，先用手动操作机构将主接力器调整至任一位置，然后调整手动操作机构和主配压阀的中间位置，使主接力器在手动操作机构复中时稳定于任意位置，同时主接力器30 min内位置漂移不得超过±0.2%”[5]，电站调速器接力器活塞全行程为860 mm，调整后反复测定漂移速度小于1.72 mm/30 min则为合格可知，电站接力器漂移数据达标，无需调整，但确实存在主阀活塞向下漂移，造成开机腔持续泄压至回油箱，最终导致压油泵启停时间缩短的情况。

主配压阀活塞向下漂移，主要原因为自复中结构定值发生变化，需在检修过程中，不断通过试验，调整中位定值，最终达到无内泄的理想目的，在检修过程中，电站通过适宜性调整，最终完成中位定值复归，压油泵打油时间间隔延长至4 h，实现隐患排除。

本案例借助远程运维系统趋势分析预警，通过大数据分析的办法，提前发现2号、5号机组调速器压油泵打油时间间隔缩短异常，进而通过原理及结构分析，锁定机组压油泵打油时间缩短的根本原因，最终在检修过程中得以验证及解决，是远程运维系统趋势预警效果验证的一次良好实践，不仅对水电站调速器压油泵同类型故障诊断分析具有借鉴意义，同时对高自动化智慧水电建设及应用，提供了宝贵的实践经验。