湖南五凌电力工程有限公司410004
摘要：引导阀卡死，导叶主配压阀无法动作打开导叶造成开机失败
关键词：调速器机组引导阀
云南大唐李仙江流域水电开发有限公司土卡河水电厂以发电为主，为Ⅲ等中型工程，枢纽主要由混凝土重力坝、泄洪消能建筑物、引水发电系统、河床式厂房等组成。泄流方式为“5个表孔+1个冲沙孔”，采用消力池消能。最大坝高59.2m，坝顶长300m，坝顶高程372m。水库正常蓄水位368m，死水位365m，校核洪水位370.4m。水库总库容0.78亿m³，调节库容0.12亿m³，具有日调节性能。电站安装三台轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量为165MW（3×55MW），机组采用单机单管引水方式，保证出力30MW，多年平均发电量7.066×108kW•h，年利用小时数4280h。
一、设备概况
土卡河水电厂调速器采用武汉事达电气有限公司DFW（S）T-100-6.3-STARS型微机调速器，主配向上移动为开机方向，向下移动为关机方向。主要部件及原理如下：
1、伺服电机直线位移转换器：SMWTA型
它是一种新型的直线位移转换器，采用日本全数字交流伺服电机，精密滚珠丝杠传动副，具有线性度好，输出力大，反应灵敏，超作方便，可靠性好，结构紧凑等特点。
SMWTA型直线位移转换器图
其结构原理如下图所示，主要分三部分：电机（1）、联轴套（13）、滚珠丝杆为第一部分；丝杆螺母与输出杆（5）为第二部分；定位器（6）、套（10）、座（8）为第三部分。
SMWTA型直线位移转换器结构采用了较大螺距的滚珠丝杠螺母副作传动机构，将伺服电机的角位移转换为件（5）输出杆的直线位移。传动精度、效率高，不会自锁，当伺服电机失去电力驱动，转动力矩消失的时候，在件（6）定位器的作用下，自动回复到中间位置。电机与滚珠丝杠通过（13）联轴器套相连，丝杠螺母与（5）输出杆相连，（6）定位器通过座上的锥度凹槽，在弹簧力的作用下，驱使输出杆回复到中位，接力器也就能停止在中间开度位置。
2、主配压阀（含引导阀）
它由阀体、主配压阀活塞与衬套、引导阀活塞与衬套以及开、关机时间调整螺栓等组成。
工作原理如下：
电机顺时针转动，伺服电机直线位移转换器输出杆上移，引导阀活塞在其下部弹簧的向上力的作用下上移，主阀活塞上部油腔与主阀活塞中心回油孔（虚线表示）通，主阀活塞在下部油腔的压力和下部弹簧作用下上移。这时，主阀上部的开启窗口打开，接力器关腔回油与主阀回油腔通，接力器向开侧运动。
同样可知，当电机逆时针转动时，主配压阀活塞下移，接力器便向关侧运动。
阀体活塞上部调节螺栓的上螺母供关机时间调整用，螺栓的下螺母供开机时间调整用。旋入，主配活塞允许位置减小，接力器全行程运动速度变慢；旋出，主配活塞允许位移增大，接力器全行程运动速度变快。
3、紧急停机装置
紧急停机电磁阀可实现紧急停机。其型号为3WE10A的电磁阀有2个工作位。
正常工作状态下，电磁阀线圈断电，电磁阀油路通回油。紧急停机时，电磁阀线圈短时通电，阀芯被推向另一位置并由钢球定位，这时，电磁阀工位使引导阀活塞上部油腔通压力油，引导阀活塞被快速压下，主配压阀活塞上腔C通压力油，使之下移，接力器快速全关。
二、问题
土卡河水电厂运行过程中多次出现在机组开机时，引导阀卡死，导叶主配压阀无法动作打开导叶造成开机失败，只能手动将导叶主配向关机方向操作几次后，才能操作导叶主配压阀实现开机，此问题困扰土卡河水电厂多年。
三、现场检查情况及分析
对主配及引导阀进行解体检查，主配阀芯动作灵活可靠，无卡塞情况，磨损情况正常，无异常现象，对引导阀进行检查，引导阀阀芯与衬套配合间隙过大，阀芯有轻微摆动现象，停机状态下，引导阀被伺服电机调零杆压在中位位置，由于引导阀阀芯与衬套配合间隙过大，容易出现引导阀与调零杆不同心，使引导阀受力倾斜，造成引导阀被卡在衬套处，在开机时调零杆在伺服电机带动下上移，而引导阀无法随调零杆上移，导致主配无法向开机方向移动，从而导致开机失败。
四、解决办法
结合上述情况，建议对引导阀及衬套进行更换，减小引导阀与衬套配合间隙保证引导阀与调零杆同心，经咨询厂家，该型调速器已不生产，建议对调速器进行换型，一台费用大概要80万元左右，由于费用问题，土卡河电厂不考虑换型。鉴于此种情况，查阅各方面资料，对现有调速器的结构及原理进行认真分析，最后建议加工一螺母，将引导阀与调零杆进行连接，通过刚性连接确保引导阀与调零杆同心，同时引导阀在调零杆带动下可同步上下移动，提高了引导阀上下动作的可靠性，加工一个螺母费用大概40元左右，电厂采纳了我的建议。
五、存在的问题
在改造前，开机时引导阀是在弹簧力的推动下跟随调零杆上移，关机时引导阀是在调零杆驱动下克服弹簧力下移，而在紧急停机时引导阀在压力油的作用下克服弹簧力脱离调零杆下移进行关机，将引导阀与调零杆连接后紧急停机在压力油作用下需克服弹簧力外还需带动调零杆克服伺服电机的阻力才能使引导阀下移进行关机。改造后对调速器进行了多次紧急停机操作，引导阀均能正常动作，说明压力油足以需克服弹簧力外还能带动调零杆克服伺服电机的阻力使引导阀下移进行关机。
六、改造效果
在随后的运行过程中，调速器动作正常可靠，经过一年的运行验证，未出现开机失败现象，调速速器运行状况良好，为此土卡河电厂在2017年度检修过程中对其他两台机组的调速器均进行了改造，小费用小改造解决了困扰土卡河电厂多年的难题，该方法对水电厂同类型调速器具有良好的借鉴意义。