牟 明

(吉林松江河水力發(fā)電有限責(zé)任公司，吉林 白山 134500)

0 引言

某電站是松江河梯級電站第3級電站，位于吉林省東南部松花江上游支流松江河上，裝有2臺單機(jī)容量為35 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組。2010年6月，該電站2號機(jī)在投產(chǎn)試運(yùn)行中做甩負(fù)荷試驗(yàn)時因反水錘引發(fā)抬機(jī)量過大的現(xiàn)象。為避免此類現(xiàn)象再次發(fā)生，電站將導(dǎo)葉關(guān)閉裝置由一段直接關(guān)閉改為分段關(guān)閉的方式。拐點(diǎn)位置采用電氣反饋接點(diǎn)，在主令控制變送器上取出1對導(dǎo)葉開度在35 %位置的開關(guān)量信號作為拐點(diǎn)信號。

1 存在問題

2011-04-25，2號機(jī)在A修后啟動試運(yùn)行中做甩負(fù)荷試驗(yàn)時，機(jī)組160 % Ne過速保護(hù)正確動作,并作用于機(jī)組緊急事故停機(jī)。但2號機(jī)在停機(jī)過程中，由于導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置未動作，導(dǎo)致導(dǎo)葉開度直接關(guān)至全關(guān)，機(jī)組最高轉(zhuǎn)速達(dá)123 % Ne，蝸殼壓力為0.45 MPa，同時有6號剪斷銷剪斷報警信號?，F(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)組齒盤測速探頭因抬機(jī)量過大而損壞，6號剪斷銷剪斷。查找導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置未動作原因，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開度位置開關(guān)量反饋控制電纜在經(jīng)水機(jī)端子箱轉(zhuǎn)接點(diǎn)處存在斷線點(diǎn)。由此可見，導(dǎo)葉開度位置開關(guān)量電信號的可靠性是分段關(guān)閉裝置正確動作的重要保障，關(guān)系著水輪機(jī)組的運(yùn)行安全。

2 分段關(guān)閉裝置的改造

參照2號機(jī)目前的關(guān)閉情況，同時為了避免現(xiàn)分段關(guān)閉裝置采用電氣反饋控制存在的導(dǎo)葉開度位置開關(guān)量電信號不可靠的問題，采用了一種可控式冗余型分段關(guān)閉裝置。此外，為保證導(dǎo)葉開度在35 %位置的開關(guān)量信號能可靠地傳送到監(jiān)控系統(tǒng)，導(dǎo)葉開度反饋控制電纜不再經(jīng)水機(jī)端子箱轉(zhuǎn)接，而是直接將其接至監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 改造后的分段關(guān)閉裝置組成

可控式冗余型分段關(guān)閉裝置主要由先導(dǎo)電磁閥、先導(dǎo)行程閥、液壓切換閥、分段凸輪及節(jié)流滑塊幾部分組成。針對該電站油管路實(shí)際布局及安裝位置，將可控式冗余型分段關(guān)閉裝置主閥安裝在原分段關(guān)閉裝置處，先導(dǎo)電磁閥(帶位置接點(diǎn))、液壓切換閥及相應(yīng)的集成塊都安裝在可控式冗余型分段關(guān)閉裝置主閥體上，先導(dǎo)行程閥安裝在水輪機(jī)調(diào)速環(huán)旁，分段凸輪及節(jié)流滑塊安裝在水輪機(jī)調(diào)速環(huán)上。其中，先導(dǎo)電磁閥與先導(dǎo)行程閥的油路并聯(lián)連接，并引管路與電氣液控?fù)Q向閥相通，如圖1所示。在機(jī)組遇到事故緊急停機(jī)時的導(dǎo)葉關(guān)閉過程中，先導(dǎo)電磁閥和先導(dǎo)行程閥同時動作,通過電氣液控?fù)Q向閥控制電氣和機(jī)械部分的主備用。

圖1 液壓控制系統(tǒng)

2.2 動作原理

正常時，液壓切換閥控制先導(dǎo)電磁閥為主用，控制先導(dǎo)行程閥為備用，仍采用原來的導(dǎo)葉開度在35 %位置的開關(guān)量信號作為拐點(diǎn)信號。監(jiān)控系統(tǒng)在收到拐點(diǎn)信號的同時，控制先導(dǎo)電磁閥動作，發(fā)出分段關(guān)閉裝置的分段關(guān)閉指令。如果先導(dǎo)電磁閥動作0.2 s后，分段關(guān)閉裝置未動作，即電氣分段投入位置接點(diǎn)未動作，則切換閥自動切換到先導(dǎo)行程閥控制。由于節(jié)流滑塊固定在水輪機(jī)調(diào)速環(huán)上，在導(dǎo)葉開度關(guān)至20 %時，凸輪位置開始與節(jié)流滑塊的最低點(diǎn)接觸；隨著導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉，凸輪位置隨著節(jié)流滑塊的坡度上升而不斷滑動上升；在先導(dǎo)電磁閥控制分段關(guān)閉裝置未動作0.2 s后，凸輪桿正好頂起至分段關(guān)閉行程閥動作位置，從而控制分段關(guān)閉裝置動作，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉分段關(guān)閉。

2.3 分段關(guān)閉投退原則

(1)事故停機(jī)時，導(dǎo)葉開度不大于分段關(guān)閉拐點(diǎn)時投分段。

(2)機(jī)組有功功率不小于10 MW時，機(jī)組出口開關(guān)在分閘位且導(dǎo)葉開度不大于分段關(guān)閉拐點(diǎn)時投分段。

(3)機(jī)組有功功率小于10 MW時，跳機(jī)組出口開關(guān)不投分段。

(4)正常開機(jī)不投分段。

2.4 電氣液壓切換閥電氣控制回路原理

由于液壓切換閥是瞬動型，具有一經(jīng)通電就可以動作,且斷電后不能自動復(fù)歸的特性，因而控制液壓切換閥帶電時先導(dǎo)電磁閥為主用，失電時先導(dǎo)行程閥為備用。為此采用分段關(guān)閉電磁閥和分段關(guān)閉復(fù)歸電磁閥來控制液壓切換閥是否帶電。在機(jī)旁APG4屏內(nèi)加裝1個直流220 V空氣開關(guān)QF4，2個PLC開出繼電器K7，K8，如圖2所示。其中，接點(diǎn)1，2均在調(diào)速器控制系統(tǒng)PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。接點(diǎn)1的閉合條件為機(jī)組在開機(jī)狀態(tài)、發(fā)生機(jī)組事故且導(dǎo)葉開度不大于35 %；斷開條件為停機(jī)狀態(tài)或?qū)~開度大于35 %。接點(diǎn)2的閉合條件為停機(jī)狀態(tài)或?qū)~開度大于35 %時延時1 s閉合，斷開條件為接點(diǎn)2閉合后延時1 s自動斷開。

若機(jī)組在開機(jī)狀態(tài)、發(fā)生機(jī)組事故且導(dǎo)葉開度不大于35 %時，則繼電器K7勵磁，分段關(guān)閉電磁閥動作。若機(jī)組在停機(jī)狀態(tài)或?qū)~開度大于35 %時，則延時1 s后，繼電器K7失磁，分段關(guān)閉電磁閥失磁；繼電器K8勵磁，分段關(guān)閉復(fù)歸電磁閥動作，動作后再經(jīng)1 s延時，分段關(guān)閉復(fù)歸電磁閥失磁，以保證下次停機(jī)時分段關(guān)閉裝置仍能正常工作。至此一個控制流程結(jié)束。

圖2 調(diào)速器控制系統(tǒng)PLC內(nèi)部邏輯判斷

3 改造效果

經(jīng)過模擬機(jī)組在各種情況下緊急事故停機(jī)的試驗(yàn)，驗(yàn)證了改造后的導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置動作穩(wěn)定可靠，導(dǎo)葉從全開到全關(guān)時間滿足分段關(guān)閉設(shè)計要求，蝸殼水壓上升率和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值在調(diào)節(jié)保證計算范圍之內(nèi)。

4 結(jié)束語

先導(dǎo)電磁閥和先導(dǎo)行程閥采用并聯(lián)方式，并互為熱備用，當(dāng)其中一套裝置出現(xiàn)問題時，機(jī)組導(dǎo)葉的分段關(guān)閉功能不受影響，充分發(fā)揮了機(jī)械式分段的可靠性和電氣式分段的精確性，提高了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。同時，在設(shè)備改造布線時應(yīng)采用電纜直接與監(jiān)控系統(tǒng)相連的方法，盡量避免經(jīng)其他端子排轉(zhuǎn)接。日常維護(hù)中應(yīng)加強(qiáng)回路連接的檢查，提高設(shè)備工作的可靠性，為水電站實(shí)施“無人值班，少人值守”運(yùn)行方式打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。