呂 勤 川, 張 冰 雪

(1.四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 概 述

大渡河安谷水電站是大渡河干流梯級(jí)開發(fā)中的最后一級(jí)，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)約15 km，裝有4臺(tái)單機(jī)容量為190 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(大機(jī))和1臺(tái)12 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組(生態(tài)機(jī)組)。大機(jī)發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF190-68/14000，水輪機(jī)型號(hào)為ZZD658-LH-865，機(jī)組進(jìn)出口流道均由隔墩分為3孔,從上游到下游設(shè)有進(jìn)口攔污柵、進(jìn)口檢修門、進(jìn)口事故檢修門和尾水檢修門。事故檢修門孔口尺寸為6.54 m×18 m。事故檢修門采用潛孔平面定輪門，不使用時(shí)鎖定于門槽頂部。廠房進(jìn)口400.7 m高程平臺(tái)上設(shè)置雙向門機(jī)1臺(tái)，主起升機(jī)構(gòu)容量為3 200 kN，配置1套平衡梁和2套自動(dòng)掛脫梁，分別用于廠房進(jìn)口攔污柵、廠房進(jìn)口檢修門和廠房進(jìn)口事故檢修門的啟閉及吊運(yùn)。

2 大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組防飛逸特點(diǎn)

大中型混流式機(jī)組通常設(shè)置進(jìn)水主閥(蝶閥或球閥)、快速閘門、筒型閥作為機(jī)組防飛逸措施，具有獨(dú)立的壓力油源和控制系統(tǒng)，機(jī)組防飛逸措施完善。對(duì)于大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，由于機(jī)組進(jìn)口設(shè)置的是事故檢修門，主要作用是用于機(jī)組檢修時(shí)擋水，在機(jī)組發(fā)生事故需關(guān)閉流道時(shí)可動(dòng)水閉門，下門時(shí)間長達(dá)1～2 h，因而其不能有效地起到機(jī)組防飛逸保護(hù)作用。

如何防止大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組飛逸，保證機(jī)組長期、安全穩(wěn)定運(yùn)行，是水電站實(shí)現(xiàn)無人值班、少人值守的重要環(huán)節(jié)。大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組通常采用設(shè)置過速限制器作為機(jī)組防飛逸保護(hù)措施。正常運(yùn)行情況下，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)和過速限制系統(tǒng)共用一套壓力油源，一旦機(jī)組甩負(fù)荷、壓力油源壓力消失，機(jī)組將會(huì)產(chǎn)生飛逸。安谷水電站在設(shè)有電氣過速、純機(jī)械過速保護(hù)的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一套事故壓力油罐用以保證壓力油源的可靠性，從而進(jìn)一步提高了機(jī)組防飛逸的可靠性。

3 事故壓力油罐容量的選擇

3.1 接力器的有關(guān)參數(shù)

(1)導(dǎo)葉接力器的有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 導(dǎo)葉接力器有關(guān)參數(shù)表

(2)槳葉接力器的有關(guān)參數(shù)見表2。

3.2 事故壓力油罐容量的選擇

筆者介紹了事故壓力油罐選擇的兩種思路：

表2 槳葉接力器參數(shù)表

(1)事故壓力油罐操作水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器和槳葉接力器的一次全關(guān)行程。

事故壓力油罐是工作壓力油罐的全備用，只要工作壓力油罐的油壓下降到事故低油壓以下、低于導(dǎo)葉接力器可關(guān)閉的最低操作油壓時(shí)，需切除工作壓力油罐，壓力油源切換到事故壓力油罐，事故壓力油罐同時(shí)供給調(diào)速器系統(tǒng)和過速限制系統(tǒng)油壓。事故壓力油源關(guān)閉導(dǎo)葉接力器時(shí)，槳葉與導(dǎo)葉處于協(xié)聯(lián)，事故壓力油源同時(shí)關(guān)閉槳葉接力器，當(dāng)油壓在正常工作油壓下限時(shí)、油泵不工作的情況下，需要操作水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器和槳葉接力器的一次全關(guān)行程。事故壓力油罐容量選擇計(jì)算如下：

導(dǎo)葉接力器工作總?cè)莘eVd=0.571 m3

槳葉接力器工作總?cè)莘eVj=0.905 m3

接力器的最低操作油壓Pmin=4.8 MPa

事故停機(jī)后的油壓PRR=PR+ΔP=4.8+0.1=4.9(MPa)

取壓力裕量ΔP=0.1 MPa。

考慮工作油壓下限、油泵不啟動(dòng)時(shí)，接力器完成1個(gè)全行程的動(dòng)作和槳葉1個(gè)行程的動(dòng)作后，其操作總用油量為：

VU=Vd+Vj=0.571+0.905=1.476(m3)

根據(jù)波依耳定律，PVk=C(常數(shù))

K=1.3，即PV1.3=C.

事故壓力油罐內(nèi)工作油壓的下限P0min=6 MPa時(shí)的罐內(nèi)空氣容積Vair為：

事故壓力罐在調(diào)速器最高工作壓力時(shí)，油氣比為1∶2.5。

考慮到裕量，在調(diào)速系統(tǒng)招標(biāo)時(shí)，事故油罐容量定為14 m3。

(2)事故壓力油罐操作水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器的一次全關(guān)行程。

當(dāng)機(jī)組事故停機(jī)時(shí)，工作壓力油罐壓力下降、低于導(dǎo)葉接力器可關(guān)閉的最低操作油壓時(shí)，無法關(guān)閉導(dǎo)葉接力器，需切除調(diào)速系統(tǒng)工作壓力油罐，將壓力油源切換到事故壓力油罐，事故壓力油罐只提供壓力油給過速限制器、鎖錠及其控制油路，完成導(dǎo)葉緊急關(guān)閉和鎖錠的投入，防止機(jī)組飛逸事故的發(fā)生，不向調(diào)速器提供壓力油。

事故壓力油罐的容積按油壓在正常工作油壓下限時(shí)、油泵不工作的情況下，能操作水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器的一個(gè)全關(guān)行程?？紤]到裕量，操作用的油量按1.5倍導(dǎo)葉接力器容量。事故壓力罐在最高工作壓力時(shí)，油氣比應(yīng)為1∶2.5。

操作油量：VU=1.5Vd=1.5×0.571

=0.857(m3)

根據(jù)波依耳定律，PVk=C(常數(shù))

K=1.3，即PV1.3=C.

壓力油罐內(nèi)工作油壓的下限P0min=6 MPa時(shí)的罐內(nèi)空氣容積Vair為：

事故油罐在調(diào)速器最高工作壓力時(shí)，油氣比為1∶2.5。

考慮到裕量，事故油罐容量定為8 m3。

事故油罐不向調(diào)速器和受油器提供壓力油，事故油罐容量由調(diào)速器系統(tǒng)招標(biāo)時(shí)的14 m3優(yōu)化為8 m3，只提供壓力油給過速限制器、鎖錠及其控制油路，其可靠性反而提高了。

3.3 事故油源的油路切換

事故油源的油路切換由一個(gè)單向逆止切換裝置完成。該裝置由一個(gè)電磁配壓閥、兩個(gè)插裝閥集成。機(jī)組在正常運(yùn)行、事故停機(jī)各種工況時(shí)均由工作壓力油罐提供壓力油源，工作壓力油罐油路接通，事故油罐油路形成閉鎖，不起作用。只有當(dāng)工作壓力油罐油壓下降、低于4.8 MPa無法關(guān)閉導(dǎo)葉接力器時(shí)，工作壓力油罐上的壓力開關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作，由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)指令，啟動(dòng)單向逆止切換裝置上的電磁配壓閥，完成事故油源油路的切換。事故油源切換后，工作壓力油罐油路通向調(diào)速器和受油器，事故油罐只提供壓力油給過速限制器、鎖錠及其控制油路，完成導(dǎo)葉的緊急關(guān)閉和鎖錠的投入，不向調(diào)速器提供壓力油。

4 過速限制系統(tǒng)

4.1 過速限制系統(tǒng)的組成

安谷水電站機(jī)組過速保護(hù)系統(tǒng)由TURAB純機(jī)械過速保護(hù)裝置和SGP-150-6.3型事故配壓閥及其集成在事故配壓閥的電磁配壓閥組成，TURAB純機(jī)械過速保護(hù)裝置的機(jī)械換向閥與事故配壓閥的電磁配壓閥油路串聯(lián)連接。

TURAB純機(jī)械過速保護(hù)裝置由安裝在水輪機(jī)主軸上的緊固圈及柱塞擺和液壓閥(帶電氣位置開關(guān))組成。柱塞擺安裝在兩個(gè)半圓法蘭緊固圈之間。柱塞擺內(nèi)的柱塞由不銹鋼制成并安裝在黃銅腔室內(nèi)，由帶預(yù)緊力的彈簧完成過速保護(hù)動(dòng)作的觸發(fā)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速增加到預(yù)設(shè)過速保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，柱塞擺中的不銹鋼柱塞會(huì)(隨著轉(zhuǎn)速增加)從黃銅腔室中的壓縮彈簧中伸出來觸動(dòng)液壓閥的觸動(dòng)臂，從而切斷過速限制裝置與主配壓閥之間的壓力油路(小流量)，使過速限制裝置動(dòng)作，直接將大流量的壓力油引入導(dǎo)葉接力器的關(guān)閉腔使導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，起到對(duì)水輪機(jī)過速保護(hù)的作用，防止轉(zhuǎn)速過度升高而造成對(duì)機(jī)組的損害。

圖2 過速限制系統(tǒng)原理圖

SGP-150-6.3型事故配壓閥是一個(gè)二位八通的滑閥，帶有動(dòng)作位置接點(diǎn)信號(hào)。圖2為正常工作狀態(tài)。圖2中A接導(dǎo)葉接力器關(guān)腔,B接導(dǎo)葉接力器開腔, C接調(diào)速器導(dǎo)葉主配關(guān)腔,D接調(diào)速器導(dǎo)葉主配開腔,E接事故壓力油,F接回油箱,G接常壓力油,H接控制油。

4.2 過速限制系統(tǒng)的作用

當(dāng)機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速升至140%ne，微機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置140%ne接點(diǎn)動(dòng)作，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，啟動(dòng)過速限制系統(tǒng)的二位四通電磁配壓閥，電磁配壓閥的A腔接通O腔回油，事故配壓閥的H腔泄壓，事故配壓閥在G腔壓力油作用下動(dòng)作，A腔導(dǎo)葉接力器關(guān)腔接通E腔事故壓力油，B腔導(dǎo)葉接力器開腔接通F腔回油箱，緊急關(guān)閉導(dǎo)葉停機(jī)，防止機(jī)組飛逸事故發(fā)生。

當(dāng)機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速升至155%ne，在機(jī)械離心力的作用下，安裝在水輪機(jī)大軸上的TURAB純機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置中的不銹鋼柱塞觸動(dòng)液壓換向閥，機(jī)械換向閥的A腔接通O腔

回油，事故配壓閥的H腔通過電磁配壓閥的A腔、P腔至機(jī)械換向閥的A腔、O腔回油，事故配壓閥在G腔壓力油作用下動(dòng)作，A腔導(dǎo)葉接力器關(guān)腔接通E腔事故壓力油，B腔導(dǎo)葉接力器開腔接通F腔回油箱，緊急關(guān)閉導(dǎo)葉停機(jī)，防止機(jī)組飛逸事故發(fā)生。

除設(shè)有140%ne電氣過速保護(hù)、155%ne純機(jī)械過速保護(hù)外，在調(diào)速器機(jī)柜內(nèi)還設(shè)有一套緊急停機(jī)電磁閥。在調(diào)速器失靈、主配拒動(dòng)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速升至115%ne，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作，導(dǎo)葉主配壓閥控制腔油路泄壓，導(dǎo)葉主配活塞快速移動(dòng)，緊急關(guān)閉導(dǎo)葉停機(jī)，防止機(jī)組飛逸事故發(fā)生。

5 結(jié) 語

在大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組進(jìn)口設(shè)置事故檢修門不能有效起到機(jī)組防飛逸保護(hù)作用。筆者介紹了安谷水電站采用過速限制器作為機(jī)組防飛逸措施，增設(shè)了一套事故壓力油罐用以保證壓力油源的可靠性，優(yōu)化了事故壓力油源的油路設(shè)計(jì)，為同類型電站提供了一種借鑒。