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)

猴子巖水電站完成智能電站三維設(shè)計

日前，大渡河猴子巖水電站組織開展智能機(jī)電安裝“三維信息設(shè)計”技術(shù)交底，標(biāo)志著猴子巖智能機(jī)電三維信息設(shè)計進(jìn)入實戰(zhàn)階段，其機(jī)電安裝工程將從傳統(tǒng)二維設(shè)計安裝管理向三維仿真可視化、信息化安裝轉(zhuǎn)變。猴子巖智能機(jī)電三維信息設(shè)計是“智慧大渡河”建設(shè)的重要組成部分，也是猴子巖智慧電廠建設(shè)的基礎(chǔ)。智能機(jī)電三維信息設(shè)計通過構(gòu)建三維模型，信息共享，仿真預(yù)演，在設(shè)計源頭減少機(jī)電設(shè)備布置方案的錯漏、碰撞及空缺，減少施工過程中的返工及與土建工程的施工沖突，提高安裝質(zhì)量，縮短安裝周期;智能機(jī)電三維信息設(shè)計可全面匯集工程全周期多類型數(shù)據(jù)，集成電站設(shè)計信息、設(shè)備屬性信息、安裝信息、試驗信息，為電廠運(yùn)行維護(hù)和檢修提供決策依據(jù)，并預(yù)留滿足電站后續(xù)智慧運(yùn)維所需的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的接口。

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