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        淺談GC-150型過速限制和分段關(guān)閉裝置在紫蘭壩電站的實踐

        2016-04-26 07:13:20超,
        四川水力發(fā)電 2016年2期
        關(guān)鍵詞:工作原理

        方 仲 超, 吳 開 勝

        (寶珠寺水力發(fā)電廠, 四川 廣元 628003)

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        淺談GC-150型過速限制和分段關(guān)閉裝置在紫蘭壩電站的實踐

        方 仲 超,吳 開 勝

        (寶珠寺水力發(fā)電廠, 四川 廣元628003)

        摘要:水輪發(fā)電機(jī)組過速保護(hù)系統(tǒng)主要是由事故配壓閥和純機(jī)械過速保護(hù)裝置組成。當(dāng)機(jī)組發(fā)生過速時,機(jī)組的過速保護(hù)系統(tǒng)會按照設(shè)計流程準(zhǔn)確動作及時關(guān)閉導(dǎo)葉接力器,以使機(jī)組停機(jī),避免水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛逸現(xiàn)象。紫蘭壩電站GC-150型過速限制及分段關(guān)閉結(jié)構(gòu)裝置至投運(yùn)至今,結(jié)構(gòu)性能比較穩(wěn)定,發(fā)生事故時均能可靠動作。

        關(guān)鍵詞:紫蘭壩電站;過速限制裝置;工作原理;開、關(guān)時間調(diào)整

        1概述

        紫蘭壩水電站位于四川省廣元市境內(nèi)的白龍江干流上,電站安裝3臺由東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的燈泡貫流式機(jī)組,其水輪機(jī)型號為GZ(836)-WP-535,發(fā)電機(jī)型號為SFWG34-44/6020,額定功率34 MW,額定轉(zhuǎn)速136.4 r/min,額定水頭16.4 m。電站裝設(shè)3臺由東方電機(jī)公司生產(chǎn)的GC150型過速限制器及分段關(guān)閉裝置。其型號為GC-150-6.3,通徑為φ150 mm,額定工作油壓為6.3 MPa。當(dāng)機(jī)組發(fā)生飛逸時,調(diào)速器因故障不能及時關(guān)機(jī),動作事故配壓閥便推動主接力器關(guān)閉導(dǎo)葉。由于紫蘭壩電站工作閘門為尾水閘門,落尾水閘門時間約30 min,當(dāng)發(fā)生事故時,落尾水閘門不能及時、有效地處置機(jī)組過速問題,故而過速限制器裝置的可靠動作便顯得尤為重要。

        過速限制器是水電廠調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分,也是水輪機(jī)保護(hù)的核心設(shè)施之一,在水電廠中起到舉足輕重的作用。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組突然甩負(fù)荷時,又恰遇到調(diào)速器失靈,不能關(guān)機(jī),此時機(jī)組轉(zhuǎn)速會迅速升高,甚至產(chǎn)生機(jī)組飛逸,如果在此工況超過5 min運(yùn)行時限[1],可能引起轉(zhuǎn)動部分變形而損壞。故而,過速限制器在電站設(shè)計及安裝中是重點考慮的設(shè)備之一。近年來,隨著水電站自動化元件的發(fā)展,GC型過速限制器及分段關(guān)閉裝置在水電廠廣泛應(yīng)用。該裝置為方便維護(hù)而設(shè)計,將事故停機(jī)及分段關(guān)閉功能集成在一個閥塊上,安裝、維護(hù)、調(diào)試都很省事,相較其他滑閥式過速限制裝置,在機(jī)組檢修過程中也避免了拆除大量管路及設(shè)備,只需對插裝閥及液壓閥組進(jìn)行清洗檢查,大大節(jié)約了檢修工作量和時間。

        2過速限制裝置結(jié)構(gòu)及工作原理

        2.1裝置結(jié)構(gòu)

        GC-150型過速限制及分段關(guān)閉裝置是由二通插裝閥、一個電液換向閥GC、一個電液換向閥DG、保護(hù)關(guān)閉時間調(diào)節(jié)裝置,測壓接頭,6個外接法蘭,2個外接管路接頭等液壓元器件和閥塊組成。全部液壓元器件集中安裝在一個閥塊上,成為一個集成式機(jī)組過速限制裝置。

        GC-150型機(jī)組過速限制裝置,具有電氣-液壓和機(jī)動-液壓雙重控制功能。它既能接受電站監(jiān)控系統(tǒng)電氣控制信號進(jìn)行機(jī)組保護(hù)關(guān)閉操作,又能在監(jiān)控系統(tǒng)失靈、調(diào)速器失效、或操作電源消失的情況下,直接接收機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的機(jī)動換向閥的液壓控制信號。在水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生過速時,保護(hù)關(guān)閉機(jī)組,以保證設(shè)備安全、可靠[2]。

        圖1為過速限制及分段關(guān)閉裝置俯瞰圖,從圖中可以看出機(jī)組過速限制裝置有8 個外接油口,8個油口分別通過法蘭與調(diào)速系統(tǒng)的管路進(jìn)行連接,表1為各管路連接類別,圖2為閥體內(nèi)主管路布置示意圖。此外,機(jī)組過速限制裝置上,還設(shè)有微型測壓接頭,可用于在現(xiàn)場調(diào)試時,監(jiān)測壓力油源、接力器開腔、接力器關(guān)腔、外控液壓信號等關(guān)鍵位置的壓力。

        圖1 GC150型過速限制及分段關(guān)閉裝置俯瞰平面框圖

        圖2 過速限制及兩段關(guān)閉裝置閥體內(nèi)主油管布置示意圖

        2.2裝置工作原理

        機(jī)組正常運(yùn)行時,導(dǎo)葉接力器的開、關(guān)操作由調(diào)速器控制,過速限制及分段關(guān)閉僅作為調(diào)速器主配壓閥操作油的通道。其中插裝閥C3、C4關(guān)閉,C1、C2、C5和C6打開,來自調(diào)速器主配壓閥的控制油,一路經(jīng)C1直接進(jìn)入接力器關(guān)閉腔,另一路經(jīng)C2、C6和C5進(jìn)入接力器開啟腔。此時導(dǎo)葉接力器的開、關(guān)正常操作,由調(diào)速器主配壓閥控制。

        當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷,調(diào)速器發(fā)生事故拒動,機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速的115%,經(jīng)過0.5 s的延時,需緊急關(guān)閉導(dǎo)葉接力器,避免事態(tài)擴(kuò)展。此時,緊急停機(jī)電磁閥GC動作,油路發(fā)生切換,C1、C2關(guān)閉,關(guān)閉了來自調(diào)速器兩操作油管的液壓油;C3、C4打開,C4接通壓力油進(jìn)入接力器關(guān)閉腔,接力器開啟腔中的液壓油經(jīng)C6、C5、C3接通回油,作用接力器緊急關(guān)閉。C3專門用于現(xiàn)場調(diào)整插裝閥開口的大小,從而達(dá)到調(diào)整流量、調(diào)整緊急關(guān)閉的目的[3]。

        圖3 過速限制裝置原理圖

        圖3中,插裝閥C1、C2、C3、C4和電液換向閥GC完成機(jī)組過速限制功能;C5、C6和電液換向閥DG完成機(jī)組兩段關(guān)閉功能。機(jī)組正常運(yùn)行時,兩段關(guān)閉功能切除,插裝閥C5、C6打開,僅作為調(diào)速器主配壓閥的通道。一旦機(jī)組甩負(fù)荷,調(diào)速器或過速限制裝置緊急關(guān)閉,導(dǎo)葉接力器關(guān)閉至預(yù)先設(shè)定的拐點,兩段關(guān)閉功能投入,此時電磁換向閥DG動作,內(nèi)控油路切換,C6關(guān)閉;當(dāng)調(diào)速器主配壓閥緊急關(guān)機(jī)時,接力器開啟腔經(jīng)C5、C2和調(diào)速器主配壓閥接通;當(dāng)調(diào)速器故障,過速限制裝置緊急關(guān)機(jī)時,接力器開啟腔經(jīng)C5、C3接通回油。因C5也是行程可調(diào)插裝閥,故可通過調(diào)整其開口大小改變流過該閥的流量和調(diào)節(jié)接力器的關(guān)閉時間。紫蘭壩電站第二段關(guān)閉拐點的位置為接力器行程的25%。圖中所示的兩個快速測試接頭,可用于機(jī)組調(diào)試時監(jiān)視導(dǎo)葉接力器開啟腔與關(guān)閉腔的油壓。

        2.3純機(jī)械過速保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)原理

        紫蘭壩電站機(jī)械過速保護(hù)裝置包括兩個主要部件:一是安裝在發(fā)電機(jī)小軸上的安裝環(huán)和離心飛擺裝置,二是安裝在泡頭檢修平臺處的液壓閥脫扣裝置。離心飛擺裝置和液壓閥的安裝間隙控制在1.5 mm-3 mm之間即可[4]。當(dāng)機(jī)組的過速時,轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的140%,離心飛擺克服預(yù)緊力向外運(yùn)動,當(dāng)向外的運(yùn)動量達(dá)到或大于飛擺與脫扣器觸發(fā)機(jī)構(gòu)的間隙時,觸動觸發(fā)機(jī)構(gòu),進(jìn)而帶動液壓閥組切換工作油路,實現(xiàn)事故停機(jī),液壓脫扣器只能手動復(fù)位。

        在機(jī)組過速限制裝置上,設(shè)有外控油口X0。正常狀態(tài)下,外控油口X0是通過機(jī)械液壓保護(hù)裝置的換向閥與壓力有源相連接,即外控油口X0是有壓狀態(tài)。當(dāng)水輪機(jī)過速時,換向閥切換,外控油口X0通過換向閥與回油相通,電液換向閥GC動作,油路發(fā)生切換,機(jī)組過速限制裝置自動將機(jī)組關(guān)閉,達(dá)到機(jī)械液壓過速保護(hù)關(guān)閉機(jī)組的目的。

        3過速限制裝置開、關(guān)時間調(diào)整

        通過過速裝置結(jié)構(gòu)原理分析可知,在機(jī)組正常運(yùn)行過程中,過速限制及分段關(guān)閉僅作為調(diào)速器主配壓閥操作油的通道。故而機(jī)組的正常開機(jī)時間可以通過調(diào)節(jié)主配壓閥的限開螺栓進(jìn)行調(diào)整,在此不進(jìn)行贅述。

        導(dǎo)葉的緊急關(guān)閉過程分成兩段或多段,甩負(fù)荷時,轉(zhuǎn)速上升率與水壓上升率是一對嚴(yán)重的矛盾[5,當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時,要求導(dǎo)葉以較快的速度關(guān)閉,以避免機(jī)組轉(zhuǎn)速升的太高,但在導(dǎo)葉關(guān)閉到一定的開度時(空載開度附近),進(jìn)入水輪機(jī)的流量已經(jīng)顯著減小,機(jī)組轉(zhuǎn)速升高就不是主要矛盾了,為了避免引水系統(tǒng)內(nèi)水壓上升超過允許值,導(dǎo)葉關(guān)閉的速度必須減緩。

        紫蘭壩電站為兩段關(guān)閉裝置,接力器行程100%-25%關(guān)閉時間為7.5 S, 接力器行程25%-0%關(guān)閉時間為7.5 S,總計15 S。在實際調(diào)整過程中,導(dǎo)葉的最短關(guān)閉時間應(yīng)滿足調(diào)保計算要求,其偏差應(yīng)控制在規(guī)定至的-5%-10%范圍內(nèi)[6]。紫蘭壩的關(guān)閉拐點是通過在控制環(huán)處安裝行程接點來判斷接力器的行程,當(dāng)接力器關(guān)閉至25%時,行程接點可靠動作,當(dāng)接力器開度超過25%時,行程接點自動復(fù)歸,故而在開關(guān)機(jī)調(diào)整過程中,兩段關(guān)閉時間調(diào)整是相對獨(dú)立的。

        3.1事故停機(jī)時間的調(diào)節(jié)

        考慮到電站廠用交直流供電系統(tǒng)發(fā)生故障從而可能會導(dǎo)致調(diào)速器電液GC、DG失去電源的情況,純機(jī)械過速保護(hù)裝置動作的優(yōu)先級更高,所以,純機(jī)械過速保護(hù)裝置在機(jī)組過速后應(yīng)可靠動作。在導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律上也應(yīng)滿足調(diào)節(jié)保證計算的要求。事故關(guān)機(jī)時間調(diào)整由過速限制及分段關(guān)閉裝置C3與C5共同調(diào)整,第一段關(guān)閉時間調(diào)整通過調(diào)整插裝閥C3的預(yù)緊螺栓調(diào)整,第二段關(guān)閉時間通過調(diào)整插裝閥C5的預(yù)緊螺栓進(jìn)行調(diào)整,其中預(yù)緊螺栓調(diào)節(jié)行程為 0-25 mm。值得注意的是關(guān)機(jī)時間一般為兩段關(guān)閉,在調(diào)節(jié)過程中應(yīng)分別對兩個階段進(jìn)行調(diào)整。調(diào)節(jié)步驟為:

        表1 事故停機(jī)關(guān)機(jī)時間調(diào)整工藝

        3.2緊急關(guān)機(jī)時間的調(diào)節(jié)

        調(diào)速器緊急關(guān)機(jī)是由主配壓閥和過速限制及分段關(guān)閉裝置共同作用的,主配壓閥控制機(jī)組的第一段關(guān)閉時間,過速限制裝置及分段關(guān)閉裝置控制機(jī)組的第二段關(guān)閉時間,第一段關(guān)閉時間調(diào)整通過調(diào)整主配壓閥的限關(guān)螺栓進(jìn)行調(diào)整,第二段關(guān)閉時間通過調(diào)整插裝閥C5的預(yù)緊螺栓進(jìn)行調(diào)整。其調(diào)節(jié)步驟與事故停機(jī)時間一致,不同點是表1的項4通過調(diào)整主配閥限關(guān)螺栓來控制主配的開口度,動作主配停機(jī)電磁閥來快速關(guān)閉導(dǎo)葉,來驗證機(jī)組的緊急關(guān)機(jī)時間。

        4結(jié)語

        對紫蘭壩電站GC-150型過速限制及分段關(guān)閉結(jié)構(gòu)裝置至投運(yùn)至今,結(jié)構(gòu)性能比較穩(wěn)定,發(fā)生事故時均能可靠動作,但由于維護(hù)人員對GC型過速限制器理解不夠,調(diào)整維護(hù)欠妥,加之過速液壓閥和電液換向閥等控制油路未設(shè)置過濾器等原因,發(fā)生電液換向閥發(fā)卡及調(diào)試時關(guān)機(jī)時間不穩(wěn)定,事故配壓閥電液換向閥發(fā)卡卡在了復(fù)歸側(cè)等現(xiàn)象,建議過速液壓閥和電液換向閥等控制對油質(zhì)要求較高部件前增設(shè)高精度油過濾器。此外,由于純機(jī)械過速動作過程不涉及電氣回路,可保證機(jī)組在各種異常情況下都能快速關(guān)閉導(dǎo)葉,能有效防止飛逸事故的發(fā)生,所以,在調(diào)試過程

        中,也應(yīng)關(guān)注液壓系統(tǒng)觸動純機(jī)械時的關(guān)機(jī)時間,保證機(jī)組發(fā)生故障時可靠動作。

        參考文獻(xiàn):

        [1]大中型水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件[M].2010.

        [2]GC150型機(jī)組過速限制裝置使用說明書[M]. Y499 東方電機(jī)控制設(shè)備有限公司,2010.

        [3]劉青,王聲國 . 6.3Mpa油壓等級的過速限制及兩段關(guān)閉裝置設(shè)計[J]. 東方電機(jī),1999,41(4):37-40 .

        [4]江濤. 安裝間隙對于機(jī)械過速保護(hù)裝置的影響[M]. 第十九次水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會論文集. 黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,2012(04): 557-559.

        [5]張城,陳國慶.水輪發(fā)電機(jī)組檢修,中國電力出版社,2011.

        [6]李寶英,李躍春.水輪機(jī)調(diào)速器檢修,中國電力出版社,2012,274-275.

        (責(zé)任編輯:卓政昌)

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        總經(jīng)理訪談

        方仲超(1985-),男,陜西榆林人,畢業(yè)于西北農(nóng)林科技大學(xué)熱能與動力工程專業(yè),工程師,從事技術(shù)管理及項目管理工作;

        吳開勝(1985-),男,四川綿陽人,畢業(yè)于河北工程大學(xué)熱能與動力工程專業(yè),工程師 ,從事技術(shù)管理及班組管理工作.

        作者簡介:

        文章編號:1001-2184(2016)02-0105-03

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        中圖分類號:R441.4;S225.2;TS914.3+3

        收稿日期:2016-03-10

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