詹小寶

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

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湖南鎮(zhèn)電站環(huán)形接力器的改造

詹小寶

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

水輪發(fā)電機組部件中有接力器的設備在水電廠正常情況下可以做到水輪發(fā)電機組開、停機和緊急備用及事故停機的操作；由于機組啟動頻繁，通常會出現(xiàn)設備損壞和嚴重漏油及機組不能開機等問題，影響機組正常發(fā)供電和電網的安全。對湖南鎮(zhèn)電站4號機組的環(huán)形接力器結構及漏油缺陷提出了有效改進措施，在水電廠實現(xiàn)無人值班(少人值守)原則的基礎上，不破壞水輪機頂蓋和控制環(huán)的原結構，改造環(huán)形接力器嚴重缺陷等問題，提出設想并現(xiàn)場實施搖擺式直缸接力器的方案；實施后取得不錯的效果。圖2幅，表2個。

水電站；水輪發(fā)電機組；環(huán)形接力器；搖擺式直缸接力器；改造

1 概 述

湖南鎮(zhèn)電站位于浙江省衢州市境內，屬錢塘江支流，是烏溪江電廠下屬湖南鎮(zhèn)二級開發(fā)的第一級電站，是1個以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運、工農業(yè)及市區(qū)居民生活用水等綜合利用的大型水利樞紐，是華東電網調峰、緊急事故備用主要電站之一，其主體工程由攔河大壩、引水隧洞、廠房、升壓站等組成。

湖南鎮(zhèn)電站是1958年開工，1962年停工緩建，1970年復工，1979年蓄水發(fā)電的。1980年12月電站竣工，裝有4臺水輪發(fā)電機組，總裝機容量170 MW。1、2號水輪發(fā)電機組由杭州發(fā)電設備廠制造，3、4號水輪發(fā)電機組由天津發(fā)電設備廠生產。

4號水輪發(fā)電機組的水輪機型號為HL200—LJ—250，發(fā)電機型號為TS520/182—24，最高水頭117 m，設計水頭90 m，最低水頭65 m，額定流量55.7 m/s，額定轉速250 r/min，飛逸轉速560 r/min，額定出力43.8 MW，額定電壓10.5 kV， 額定出力42.5 MW，額定容量50 000 kVA，額定轉速250 r/min，功率因數0.85，吸出高程-1.8 m。

4號水輪發(fā)電機組接力器采用環(huán)形結構，調速器采用東方電機廠生產的DT—100型電液調速器。

2 環(huán)形接力器的結構

環(huán)形接力器主要由缸體，活塞、節(jié)流閥、密封裝置、限位塊等組成。

運行實踐表明，由于環(huán)形接力器密封裝置的設計、制造及安裝調整等多方面的原因，大多數國產機組的環(huán)形接力器都存在密封失效快、滲漏油嚴重等缺陷，最后只能被迫停機檢修，給機組的安全經濟運行帶來重大隱患。

接力器是液壓缸將液壓能轉換機械能的執(zhí)行元件，又是操作水輪發(fā)電機組導水機構的原動力，可操作控制環(huán)而轉動角度和位移，實現(xiàn)機組開、停，增、減負荷。接力器有兩種類型，可分為直缸式和環(huán)形式。由于環(huán)形接力器結構簡單、設備布置緊湊、檢修維護方便、經濟實惠、傳動工作平穩(wěn)，同時不涉及廠房水工建筑物等特點而在當時得到較為廣泛的應用。

湖南鎮(zhèn)電站4號水輪發(fā)電機組接力器類型是環(huán)形接力器(見圖1)，沒有接力器坑襯和推拉桿，直接布置在水輪機頂蓋上。

1：活塞；2：缸體

圖1 環(huán)形接力器示意

環(huán)形接力器又分為活塞固定缸運動和缸固定活塞運動兩種。湖南鎮(zhèn)電站屬于后一種，缸體固定在水輪機頂蓋上，缸體中間用隔板將缸體分成開、閉兩腔。限位塊用來限制和調整接力器活塞的開、閉側行程。缸蓋采用雙層密封，內有壓環(huán)、導向環(huán)、彈簧、橡膠圈等。密封圈是依靠本身的自緊力和油壓的作用使其唇邊緊貼環(huán)形活塞而止漏的。

3 環(huán)形接力器的缺點

環(huán)形接力器活塞直徑為φ410 mm，材料為球墨鑄鐵，接力器個數為2個，設計行程230 mm，最大行程250 mm，額定油壓2.5 MPa，操作力為66 t。

環(huán)形接力器承受油源壓力后，缸和活塞之間產生較大的相對位移和轉角，受力情況有所改變。加工精度難以確保相關技術數據要求，如環(huán)形斷面、定位銷位置不準。安裝精度難以有效保證。

環(huán)形接力器由于活塞作周向運動，一般不裝活塞環(huán)。

活塞和缸之間架設導向環(huán)，在設想中會使位移情況有所改進，但是，因加工和安裝實際的要求，它們之間的間隙不能太小，經過一段時間運行，發(fā)現(xiàn)導向環(huán)出現(xiàn)單邊磨損嚴重，使密封件和金屬密封面之間的相對位移逐漸加大，因此，環(huán)形接力器密封卷損壞異常頻繁。

環(huán)形接力器活塞安裝在潮濕的水車室內，活塞外露部分受潮濕而生銹，銹蝕往往會造成漏油。

由于當時種種歷史原因，環(huán)形接力器制造質量不夠理想、間隙偏大，特別是環(huán)形活塞澆鑄存在嚴重缺陷，凹凸不平，深的坑有2 mm之多，其中好多地方存在澆鑄蜂窩狀，面積為20～30 mm，最嚴重的一處有50～60 mm，相互間有串油痕跡；鍍鉻層脫落后發(fā)現(xiàn)。

4號水輪發(fā)電機組環(huán)形接力器投入正常運行后，由于環(huán)形接力器所選用活塞材料為球墨鑄鐵，沒有經過防腐處理，在水輪機層水車室內嚴重潮濕的條件下運行，活塞很容易產生銹蝕；所以接力器端部密封件選用L型耐油橡膠，但因密封件結構形狀存在嚴重缺陷，容易造成返邊情況。另外，由于環(huán)形接力器對加工精度要求較高，設計時為保證活塞運行自如，選用的配合間隙較大(2.5 mm)。由于控制環(huán)受力后產生的變形較大，且接力器運行過程中容易產生擺動現(xiàn)象，并對密封橡膠件產生較大擠壓，更加加劇了返邊情況的產生，致使接力器端部密封件經常被破壞，操作壓力油源外漏，并逐漸嚴重；最后發(fā)展成每月需停機1次更換密封件，嚴重影響電站機組的安全運行。

4 環(huán)形接力器的消缺

活塞與缸體間隙較大，產生了不規(guī)則運動，活塞間隙產生后對密封件有嚴重破壞。在接力器端部增設1個導向環(huán)，以提高耐磨性，延長使用壽命。

由于活塞表面外露，產生銹蝕，故進行鍍鉻處理，厚度為0.15 mm。處理后運行情況有所好轉，密封件的使用壽命從1個月左右延長為5～6個月，產生了較為顯著的效果，但仍然影響密封件強度和使用壽命。

烏溪江電廠投入了華東電網的AGC運行，調節(jié)頻繁使導水機構動作次數增加，由此引起環(huán)形接力器也同樣進行來回不停運動，造成密封橡膠圈磨損而破裂，產生接力器漏油至嚴重跑油。更換1次時間大約在5 h左右，增加了檢修的工作量，又影響了機組的可調小時。

5 環(huán)形接力器的改造

4號水輪發(fā)電機組環(huán)形接力器經過密封裝置的設計、改進與調整，密封性能有了顯著改善和提高，更換周期也從原來的每月1次延長為半年1次，但與4年1次相比，還遠遠不能達到理想目標。所以提出更換為性能優(yōu)良、品質優(yōu)秀、設備制造良好、結構緊湊、質量安全可靠的搖擺式直缸接力器，可以避免上述事件的發(fā)生。

搖擺式直缸接力器活塞直徑為φ340 mm，材料為HT200，接力器個數為4個，設計行程210 mm，最大行程230 mm，額定油壓2.5 MPa，接力器操作力為88 t(見圖2)。

在調研技術比較的基礎上，綜合選定哈爾濱電機廠為合作伙伴，設計安裝了4只搖擺式直缸接力器。

搖擺式直缸接力器的優(yōu)點：結構緊湊，制造方便，工作可靠，不易漏油，成本低廉，安裝檢修維護方便。

搖擺式直缸接力器組成：缸體、活塞、推拉桿、固定支座、密封等。

在原環(huán)形接力器基礎上，2只改為4只搖擺式直缸接力器，操作力由原來的66 t提高到88 t。

安裝搖擺式直缸接力器由定位偏心銷調整，材料為35CrMo鍛鋼。

1：缸體； 2：活塞桿

圖2 搖擺式直缸接力器示意

6 改造后的試驗情況

為了全面了解環(huán)形改為搖擺式直缸接力器的改造效果，進行了靜特性試驗、效率試驗、調保復核試驗、 振動擺度測試。

6.1 環(huán)形接力器試驗結果

(1)靜特性試驗

靜特性試驗如下所示(見表1)。

表1 環(huán)形接力器靜特性試驗

由表1得出，轉速死區(qū)Ix=0.069 7%，小于國標要求的0.08%。

(2)空載擾動試驗

上擾：超調量δ(%)=14%；調節(jié)時間tp=24.1 s；波動次數=1次

下擾：超調量δ(%)=21.0%；調節(jié)時間tp=11.8 s；波動次數=1次

(3)效率試驗

在工作水頭為92 m，導葉開度約為82.5%時，機組出力可達43.1 MW，水輪機效率為92.1%。試驗中最高效率94.5%，發(fā)生在導葉開度約為80.1%時，機組出力可達43.8 MW。

(4)調保復核試驗

湖南鎮(zhèn)電站4號機組帶額定出力42.5 MW，靜水頭約為92 m，單臺機組甩負荷結果如下：接力器不動時間為0.17 s，水壓上升最大值為19.9%(蝸殼壓力從0.92 MPa上升到1.20 MPa)，轉速上升最大值為27.0%。

通過甩25%、75%、100%額定負荷3次試驗，波動次數均為1次，調節(jié)時間小于20 s，水壓上升、轉速上升和振動擺度各項指標均符合標準要求。

6.2 搖擺式直缸接力器實驗效果

(1)靜特性試驗

靜特性試驗如下所示(見表2)。

表2 搖擺式直缸接力器靜特性試驗

由表2得出，轉速死區(qū)Ix=0.058 6%，小于國標要求的0.08%。

(2)空載擾動試驗

上擾：超調量δ(%)=13.5%；調節(jié)時間tp=23.5 s；波動次數=1次

下擾：超調量δ(%)=20.4%；調節(jié)時間tp=11.3 s；波動次數=1次

(3)效率試驗

在工作水頭為92 m，導葉開度約為82.5%時，機組出力可達43.1 MW，水輪機效率為92.1%。試驗中最高效率94.5%，發(fā)生在導葉開度約為79.5%時，機組出力可達43.8 MW。試驗結果表明水輪機的額定出力、額定效率及最高效率較改造前沒有明顯提高。

(4)調保復核試驗

湖南鎮(zhèn)電站4號機組帶額定出力42.5 MW，靜水頭約為92 m，單臺機組甩負荷結果如下：接力器不動時間為0.15 s，水壓上升最大值為19.1%(蝸殼壓力從0.92 MPa上升到1.12 MPa)，轉速上升最大值為26.3%。

通過甩25%、75%、100%額定負荷3次試驗，波動次數均為1次，調節(jié)時間小于20 s，水壓上升、轉速上升和振動擺度各項指標均符合標準要求。

7 效果與結論

4號水輪發(fā)電機組環(huán)形接力器改搖擺式直缸接力器工作是結合機組小修期間進行的，完成施工后，充油操作動作正確，移動平穩(wěn)。做緊急停機試驗時，發(fā)現(xiàn)時間從原來的7 s變?yōu)? s，需要重新校驗和調整主配壓伐節(jié)流孔直徑。

經過1年多運行，沒有發(fā)現(xiàn)在運行中有異常情況，運行狀態(tài)有較好的改善，確保了機組的安全穩(wěn)定運行，滿足“無人值班(少人值守)”等若干規(guī)定與要求。

湖南鎮(zhèn)電站4號機組環(huán)形改搖擺式直缸接力器技術改造是成熟的也是成功的，機組穩(wěn)定性、效率、出力、擺度與振動等多方面達到了預期的理想效果。整個改造用時短、費用低、效率高、產生效益明顯，按每月每次停役5 h計算，每年可節(jié)約的費用在20萬元以上。

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責任編輯 吳 昊

2014-10-25

詹小寶(1957-)，男，技師，主要從事水電站運行與維護工作。E_mail：839937447@qq.com