水电站油罐安全阀提前起跳原因分析及处理

一、概述

斜卡水电站位于四川省甘孜藏族自治州九龙县境内，为踏卡河“一库两级”梯级开发方案中的龙头水库电站。电站装设 3 台单机容量为 45MW 的立轴悬垂型四喷嘴冲击式水轮发电机组，每台机组设置单独的油压装置油罐为水轮发电机组机喷针、折向器提供动力源。

油压装置回油箱与压力油罐分离设计，压力油罐顶部安装型号为 A42Y-100型，整定压力 7.0MPa 的弹簧式安全阀，压力油罐设计工作压力 7.3MPa ，油压装置停泵压力 6.3MPa ，油压过低报警 5.5MPa ，油压过高报警 6.5MPa ，事故低油压动作油压 5.2MPa 。

二、现场情况介绍

2024 年 6 月 18 日斜卡电站 3F 机组停机过程中，调速器油压装置油罐安全阀动作，导致油压装置压力低报警（5.5MPa）动作；2024 年 6 月 19 日 3F 机组停机过程中，再次出现调速器油压装置油罐安全阀动作，导致机组事故低油压(5.2MPa) 保护动作，事故总信号上送至省调。两次事故中油压装置油罐压力分别为 6.3MPa 和 6.32MPa, 均未达到安全阀整定压力值 7.0MPa 。

事件发生后，电站立即组织技术人员根据故障信息、监控简报、历史曲线以及现场设备实际情况进行全面分析检查。从上位机监控简报上可以确定两次安全阀动作时均存在以下四个共同点: 1、安全阀动作时间节点正处3F 机组停机流程执行过程中；2、3F 机组折向器关闭与安全阀动作简报同时上送监控系统；3、两次安全阀动作均在调速器油压装置油泵打完压停止后的 20～30s ，此时油压装置系统压力较高（停泵压力 6.3MPa ）。4、两次安全阀动作后，重新建压测试安全阀均能正常回座。

三、弹簧式安全阀提前起跳原因分析：

1、校验误差：安全阀校验整定值偏规范要求低限（规范要求整定值 ±3%合理范围，及 ），导致安全阀开启压力低于整定值。此次动作的安全阀为 2024 年 4 月新采购到货，并重新外送校验具有合格的校验报告，于2024 年6 月9 日才开始正式投入运行。

2、因弹簧调节螺钉、锁紧螺母松动；弹簧弹力减小或产生永久变形，导致安全阀提前起跳，该现象为不可逆。现场检查安全阀锁紧螺母完好、无松动，现场对安全阀重新安装后试压，油罐压力升至 6.52MPa（已超过近两次安全阀动作时的油罐压力），安全阀工作正常，无泄露，回座压力正常。

3、弹簧式安全阀提前起跳受使用环境的影响，当容器内介质温度升高时，弹簧机械性能发生变化，导致安全阀提前开启。正常情况下安全阀在常温进行校验，锅炉、蒸汽容器用安全阀校验时会增加温度补偿系数，来调整安全阀的整定值。水电站地处山区，环境温度较低，现场测试油压装置油罐连续打压至正常运行压力，测得罐体温度在 30^∘C～40^∘C 之间，因此环境温度对安全阀提前起跳的影响可忽略。

4、安装方式、安装位置或选型不当，导致安全阀提前起跳。斜卡电站至2014 年投运至今，从未出现过类似问题，且电站设备的选型均满足相关规范要求。

5、油压装置油罐停泵压力开关偏移，导致压力油罐系统压力超高，达到油罐安全阀开启整定压力值。现场对油罐停泵压力开关进行测试数次，均未发现压力开关整定值超标的现象。油压装置油罐停泵压力定值 6.3MPa ，经测试实际停泵压力在 6.28～6.32MPa 之间，符合定值整定要求；压力油罐本体机械压力表测值与PLC 控制柜内采集的压力模拟量一致。

6、油罐系统压力波动大，导致安全阀提前起跳。查询监控历史数据，压力油罐压力波动在正常范围，无突然增大或减小的现象发生。

7、受外界振动影响，导致弹簧式安全阀提前起跳。

以上七类影响安全阀提前起跳的原因分析中，唯有外界振动影响造成安全阀提前起跳的可能性最大，为了找到有利的佐证材料，现场决定对油罐安全阀的振动情况进行测试。首先在 3F 机组调速器油压装置压力油罐安全阀阀座架设一块百分表，在机组停机状态下，手动操作机组折向器开启和关闭电磁阀，观察压力油罐安全阀水平振动情况。

经测试机组折向器电磁阀动作（关闭或开启）瞬间，压力油罐安全阀确实存在一定的水平振动，其中折向器电磁阀开启瞬间压力油罐安全阀水平振动值小于 0.1mm ；折向器电磁阀关闭瞬间压力油罐安全阀水平振动值为（ ).4mm～0 .5mm。油罐安全阀水平振动情况初步的确定，但要怎样才能真是模拟出安全阀提前起跳的场景呢？只有通过各种测试才能断定此次安全阀提前起跳是由于安全阀受到外部振动而导致。

四、模拟安全阀动作测试：

1、3F 机组空转态，上位机发3F 机组“停机令”，此时油压装置压力 6,2MPa ，折向器电磁阀关闭瞬间，油罐安全阀处百分表水平摆度 0.1～0.2mm ，油罐安

全阀未动作。

2、3F 机组发电态，上位机发3F 机组“停机令”，油压装置打压至 6.24MPa ，折向器电磁阀关闭瞬间，油罐安全阀处百分表水平摆度 0.1～0.2mm ，油罐安全阀未动作。

3、3F 机组停机态，油压装置油压打至 6.35MPa ，手动操作机组折向器电磁阀关闭瞬间，油罐安全阀处百分表水平摆度约 0.4～0 .5mm，此时油罐安全阀动作。

4、3F 机组发电态，油压装置油压打至 6 ∴32MPa ，折向器电磁阀关闭瞬间，油罐安全阀处百分表水平摆度约 0.4～0 .5mm，此时油罐安全阀动作。

5、3F 机组发电态，油压装置油压打至 6.33MPa ，折向器电磁阀关闭瞬间，油罐安全阀处百分表水平摆度约 0.1～0 . 2mm ，此时油罐安全阀未动作。

综上，可以看出油罐安全阀动作时油压装置油罐压力值和安全阀水平振动幅值均偏大，只有油压足够高和安全阀水平振动幅值足够大且两者同时达到的情况下，油罐安全阀才会提前起跳。为减小油压装置油罐安全阀在机组折向器关闭瞬间的水平振动值，现场拆除安全阀前端的手动球阀，再次进行振动和安全阀动作情况。发现手动球阀拆除后由于安全阀的垂直高度降低约 25cm ，此时经多次测试安全阀的振动幅值均在 0.1mm 以内，安全阀未出现提前起跳现象。电站将此次提前起跳的安全阀外送进行校验，发现动作安全阀校验定值为7.0MPa ，而现场其它机组未提前起跳的安全阀校验定值为7.2MPa。

以上测试和校验结果与论文《振动对安全阀动作性能影响》中研究内容“外界振动对安全阀的开启压力的影响显著，其中水平振动影响较大，最大可使安全阀开启压力降低 10%^; ”，基本相符。

五、现场处理措施

油压装置油罐安全阀动作原因主要是安全阀水平振动大加上油压装置油罐内油压偏高导致。

1、油压装置油罐安全阀振动来源为机组停机时折向器电磁阀动作瞬间油路变化才生的振动经过油压装置油罐与调速器控制柜的主供油管路传递至安全阀，现场对该管路制作支撑进行加固，并对油压装置油罐地脚螺栓进行紧固，将螺栓与基础板进行点焊。

2、为确保机组油压装置油罐安全阀正常运行，拆除油罐安全阀前端的手动球阀。

3、安全阀校验压力整定为 7.2MPa ，满足规范要求。

经过以上处理措施后，斜卡电站三台机组调速器油压装置油罐安全阀运行可靠，未出现安全阀提前起跳事故。

六、结语

水电站油压装置油罐安全阀提前起跳，产生原因复杂，需经过全面分析排查，斜卡电站此次油压装置安全阀提前起跳问题，便是超出常规的现象，可为同类电站提供一些解决问题的思路和办法，提供一个成功的参考示例。

参考文献：

[1] 温殿江 , 由宏新 , 丁信伟 , 等 . 振动对安全阀动作性能影响 [J]. 石油化工设备 ,2002,(06):7-9.

[2] 高德宁 . 弹簧式安全阀常见故障原因分析及解决方法 [J]. 世界有色金属 ,2019,(02):252+257.

[4] 黄强 . 锅炉安全阀在线校验不回座原因分析与防范措施 [J]. 中国设备工程，2024

[5]杨 桥 春 . 某水电站油压装置安全阀动作原因分析[J].电世界,2023.

作者简介: 杜明远(1986-). 工程师. 从事水电站运维工作