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        寶珠寺水電站水輪發(fā)電機(jī)組純機(jī)械過速保護(hù)系統(tǒng)改造

        2018-04-26 02:14:34方仲超楊繼承
        西北水電 2018年1期
        關(guān)鍵詞:壓閥調(diào)速器停機(jī)

        方仲超,楊繼承

        (寶珠寺水力發(fā)電廠,四川省廣元市 628003)

        0 前 言

        寶珠寺水電站位于四川省廣元市境內(nèi),水電站安裝4 臺(tái)由東方電機(jī)廠制造的半傘式水輪發(fā)電機(jī)組。水電站自投產(chǎn)以來,由于歷史原因僅有2號機(jī)組設(shè)置了純機(jī)械過速保護(hù),其余3臺(tái)機(jī)組過速保護(hù)均采用了2級過速保護(hù),且均為電氣控制的保護(hù),不滿足相關(guān)反措和安全標(biāo)準(zhǔn)化的要求。針對該隱患,水電站技術(shù)人員多次咨詢設(shè)計(jì)方和廠商,根據(jù)調(diào)速器液壓設(shè)計(jì)回路及調(diào)速器各部件的現(xiàn)場布置,在現(xiàn)有的調(diào)速器結(jié)構(gòu)不作大幅度調(diào)整的情況下,增設(shè)了純機(jī)械過速裝置,滿足了水電站在失去電源的情況下,能夠自動(dòng)關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的功能[1],提高了過速保護(hù)系統(tǒng)各元器件動(dòng)作的準(zhǔn)確性、靈活性,使得機(jī)組過速保護(hù)系統(tǒng)更加完善、可靠。

        1 原有過速保護(hù)系統(tǒng)介紹

        1.1 系統(tǒng)構(gòu)成及動(dòng)作原理

        寶珠寺水電站原過速保護(hù)系統(tǒng)由調(diào)速器、SP事故配壓閥、測壓接頭、測速元件、外接管路接頭、液壓元器件、機(jī)組LCU及相關(guān)邏輯和相關(guān)控制回路組成。其中調(diào)速器由東方電機(jī)廠提供,其型號為HGS-H21;SP事故配壓閥由西安江河電站技術(shù)開發(fā)有限公司提供,額定工作油壓為4.0 MPa,水平安裝。事故配壓閥主要由主閥體、主活塞、恒壓控制端組件、控制腔端蓋以及事故停機(jī)電磁閥組成[2]。

        事故配壓閥是一個(gè)二位六通閥,有8 個(gè)外接油口,其中5個(gè)油口分別通過法蘭與調(diào)速系統(tǒng)的管路進(jìn)行連接;其余3個(gè)接口通過外接接頭連接,X0為控制系統(tǒng)接口。圖1為事故配壓閥處于“復(fù)歸”狀態(tài),控制接口X0為有壓狀態(tài),調(diào)速器主配壓閥油管A1、A2分別與接力器管路B1、B2為連通狀態(tài),導(dǎo)葉接力器的開、關(guān)操作由調(diào)速器控制,事故配壓閥僅作為調(diào)速器主配壓閥操作油的通道。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷、調(diào)速器發(fā)生事故拒動(dòng)后,轉(zhuǎn)速急速升高,避免事態(tài)擴(kuò)展,需緊急關(guān)閉導(dǎo)葉接力器,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到過速保護(hù)設(shè)定時(shí),電磁換向閥動(dòng)作1YF動(dòng)作,油路發(fā)生切換,壓力油P與B接通,A接口與回油接通,液壓閥2YF與事故配壓閥控制油口X0同時(shí)失壓,2YF在下端壓力的作用下向上部移動(dòng),事故配壓閥在壓力的作用下向左滑動(dòng),此時(shí)來自調(diào)速器液壓油接通接力器關(guān)閉腔B1,接力器開啟腔B2經(jīng)接通回油,作用接力器緊急關(guān)閉調(diào)速器[3-7]。

        圖1 原有機(jī)械過速保護(hù)系統(tǒng)油路液壓原理圖

        寶珠寺水電站原有的過速保護(hù)系統(tǒng)設(shè)有115%額定轉(zhuǎn)速+主配壓閥拒動(dòng)或停機(jī)過程中+剪斷銷剪斷+轉(zhuǎn)速>115%Ne構(gòu)成的一級保護(hù),140%額定轉(zhuǎn)速為二級保護(hù)。機(jī)組的轉(zhuǎn)速測量方式主要是永磁機(jī)測頻和磁盤測頻2種方式,磁盤安裝在永磁機(jī)上部,永磁機(jī)通過萬向節(jié)與主軸連接,機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,永磁機(jī)與磁盤同時(shí)檢測機(jī)組轉(zhuǎn)速,并將轉(zhuǎn)速輸出為電壓信號至轉(zhuǎn)速繼電器,當(dāng)轉(zhuǎn)速超過115%額定轉(zhuǎn)速時(shí),一級過速繼電器動(dòng)作,驅(qū)動(dòng)調(diào)速器事故停機(jī)電磁閥動(dòng)作,快速關(guān)閉導(dǎo)葉,從而實(shí)現(xiàn)停機(jī);當(dāng)轉(zhuǎn)速超過140%額定轉(zhuǎn)速時(shí),二級過速繼電器動(dòng)作,驅(qū)動(dòng)調(diào)速器事故配壓閥電磁閥動(dòng)作,快速關(guān)閉導(dǎo)葉的同時(shí),關(guān)閉快速閘門,在確保發(fā)電機(jī)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安全條件下,達(dá)到快速停機(jī)目的,過速保護(hù)動(dòng)作流程如圖2、3所示。

        圖2 一級過速保護(hù)動(dòng)作流程圖

        1.2 系統(tǒng)存在的安全隱患

        (1) 測速裝置的可靠性和安全性難以滿足要求:測速系統(tǒng)作為判斷過速的重要元件,由于機(jī)組在設(shè)計(jì)過程考慮不周,磁盤安裝在永磁機(jī)上,隨著永磁機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增長,永磁機(jī)與主軸連接件萬向節(jié)出現(xiàn)軸承損壞等現(xiàn)象。當(dāng)永磁機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障,將導(dǎo)致機(jī)組的測速環(huán)節(jié)失靈,測速系統(tǒng)的雙冗余失效,機(jī)組在失去轉(zhuǎn)速信號后,導(dǎo)致機(jī)組被迫停機(jī)。以上現(xiàn)象在寶珠寺電廠4臺(tái)機(jī)組均出現(xiàn),嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[8]。

        (2) 未能實(shí)現(xiàn)真正的機(jī)械過速:原過速保護(hù)系統(tǒng)均屬于電氣過速保護(hù),快速關(guān)閉導(dǎo)葉的指令執(zhí)行都必須是在有電的前提下才能完成,并不是真正意義的純機(jī)械過速器。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷過程中又有全水電站失電事故發(fā)生,此時(shí)機(jī)組過速將無法控制,事故的后果是難以想象的。

        圖3 二級過速保護(hù)動(dòng)作流程圖

        2 純機(jī)械過速保護(hù)系統(tǒng)的改造

        2.1 總體方案

        為消除原過速保護(hù)系統(tǒng)存在的安全隱患,提升機(jī)組運(yùn)行過程中的安全、可靠性,決定保留原有的電氣二級過速保護(hù)外,增設(shè)1套純機(jī)械過速保護(hù)裝置,轉(zhuǎn)速動(dòng)作值為150%的額定轉(zhuǎn)速,該裝置能保證在全廠失電的情況下,轉(zhuǎn)速到達(dá)150%的額定轉(zhuǎn)速時(shí),依然可以動(dòng)作事故配壓閥,迅速切換油路操作關(guān)閉導(dǎo)葉,從而使機(jī)組的過速得到控制。對機(jī)組的測速部件進(jìn)行改造,選用技術(shù)成熟、功能先進(jìn)、測速準(zhǔn)確的光電測速部件,使得測速環(huán)節(jié)更加安全、可靠。由于設(shè)備選型及到貨原因,此次改造僅限于機(jī)械過速系統(tǒng)改造。

        2.2 純機(jī)械過速部件安裝

        寶珠寺水電站采用了ALSTOM公司DEVSS系列純機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置,由離心探測器、脫扣器、配壓閥、過速保護(hù)切換閥、安裝附件組成,離心探測器選擇在便于安裝及維護(hù)的發(fā)電機(jī)下端軸上,此安裝部位可以方便安裝且不影響其他部位的工作。同時(shí)脫扣器和換向閥通過安裝支架固定在下機(jī)架的上平面上,可以方便螺栓的拆卸和安裝。在安裝離心探測器過程中,調(diào)整離心探測器與脫扣器的距離為1.5 mm,檢查轉(zhuǎn)環(huán)把合間隙調(diào)整到位,支架與脫扣器安裝牢固,各油管路連接正確、無滲漏現(xiàn)象[9]。

        2.3 液壓系統(tǒng)的改造

        圖4 純機(jī)械液壓過速保護(hù)原理圖

        圖4為純機(jī)械過速保護(hù)裝置液壓原理。在原液壓圖上增設(shè)1個(gè)二位三通的方向閥,此液控單向閥受事故電磁閥和機(jī)械過速保護(hù)閥的控制,無論是過速電磁閥還是機(jī)械過速保護(hù)閥的動(dòng)作,都可以使得事故配壓閥動(dòng)作,作用于事故停機(jī)。改造后,原一級、二級過速流程保持不變,依然通過電磁配壓閥動(dòng)作、油路切換、事故配壓閥動(dòng)作、壓力油直接進(jìn)入導(dǎo)葉關(guān)閉腔,將導(dǎo)葉關(guān)閉。當(dāng)一級、二級過速失效,轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,探測器柱塞克服預(yù)緊力向外運(yùn)動(dòng),當(dāng)向外的運(yùn)動(dòng)量達(dá)到或大于飛擺與脫扣器觸發(fā)機(jī)構(gòu)的間隙時(shí),觸動(dòng)觸發(fā)機(jī)構(gòu),進(jìn)而帶動(dòng)液壓閥組切換工作油路,機(jī)械過速行程閥閥芯左移,液壓閥上部與排油接通,液壓閥在下端壓力的作用下,向上移動(dòng),此時(shí)無論原一級、二級過速保護(hù)系統(tǒng)電磁閥處于何種狀態(tài),壓力油作用事故配壓閥動(dòng)作,關(guān)閉導(dǎo)葉接力器,實(shí)現(xiàn)機(jī)組停機(jī)。機(jī)組停機(jī)后,脫扣器仍然保持動(dòng)作后狀態(tài),需要手動(dòng)復(fù)歸[9]。

        考慮到電氣過速保護(hù)技術(shù)已經(jīng)很成熟,本次未對電氣過速保護(hù)部分進(jìn)行修改;即測速單元采用2只測速探頭,一路永磁機(jī)轉(zhuǎn)速繼電器測速,邏輯上采用“三取二”控制原理,一、二級過速保護(hù)開出采用LCU邏輯控制和水機(jī)保護(hù)常規(guī)回路開出。

        3 純機(jī)械過速保護(hù)裝置調(diào)試試驗(yàn)

        過速保護(hù)系統(tǒng)改造后,為了驗(yàn)證純機(jī)械過速保護(hù)裝置的安全性、可靠性和穩(wěn)定性,在管路和設(shè)備安裝完畢后,將機(jī)械過速保護(hù)信號動(dòng)作事故停機(jī)流程節(jié)點(diǎn)解除。將壓油裝置調(diào)壓到油壓可以操作接力器動(dòng)作即可,操作接力器完成2次以上的全行程動(dòng)作,確認(rèn)各液壓管路無滲漏,將油壓調(diào)至額定油壓,操作接力器至全開位置,手動(dòng)機(jī)械過速保護(hù)脫扣器,事故配壓閥動(dòng)作,關(guān)閉時(shí)間為7.1 s,滿足調(diào)保計(jì)算要求。同時(shí)對調(diào)速器開機(jī)時(shí)間、調(diào)速器零點(diǎn)漂移進(jìn)行校驗(yàn),均滿足要求。然后將動(dòng)作事故停機(jī)流程接點(diǎn)恢復(fù),進(jìn)行機(jī)械過速保護(hù)啟動(dòng)事故停機(jī)流程試驗(yàn)[10]。

        在第1臺(tái)機(jī)組改造完成后,在實(shí)際調(diào)試時(shí),發(fā)現(xiàn)在復(fù)歸電磁閥過程中,有部分壓力油通過回油管上竄至調(diào)速器機(jī)械柜處,通過深入地分析液壓系統(tǒng)圖,發(fā)現(xiàn)在實(shí)際的施工過程中,將單項(xiàng)閥的回油管與漏油箱管路接通,在復(fù)歸過程中,液壓閥與事故配壓閥處的高壓油通過單向閥排至漏油管,漏油管直徑較小,無法及時(shí)排油,導(dǎo)致漏油管暫時(shí)帶壓,致使部分壓力油調(diào)速器機(jī)械柜漏油孔“噴出”,嚴(yán)重影響調(diào)速器的安全生產(chǎn)運(yùn)行,現(xiàn)場管路布置見圖5。

        圖5 純機(jī)械液壓過速保護(hù)原理圖

        為了處理該異?,F(xiàn)象,同時(shí)便于過速限制器裝置的檢修,分別在保護(hù)裝置P口管路上裝設(shè)1個(gè)進(jìn)油閥1、在A出口處增設(shè)閥門2、在卸載閥排油管至調(diào)速器漏油管處增設(shè)閥門3。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況,有效地調(diào)整閥門開度,達(dá)到了過速保護(hù)裝置切除檢修又不影響機(jī)組正常運(yùn)行的目的,同時(shí)也有效地杜絕了電磁閥復(fù)歸后的噴油狀況。

        由于受到現(xiàn)場條件的限制,未能進(jìn)行廠內(nèi)原型過速試驗(yàn),只是人為動(dòng)作液壓換向閥的觸動(dòng)臂驗(yàn)證事故配壓閥的動(dòng)作情況,加之純機(jī)械過速保護(hù)是原有二級過速保護(hù)的后備保護(hù),在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中尚未發(fā)生失效導(dǎo)致純機(jī)械過速保護(hù)動(dòng)作的情況,因此該裝置的實(shí)際動(dòng)作情況,待機(jī)組大修后,進(jìn)一步來驗(yàn)證。

        4 結(jié) 語

        通過本次改造,達(dá)到了預(yù)期改造目的,使機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)一步完善,消除了安全隱患,提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。本次成功的經(jīng)驗(yàn),也可為中國同時(shí)期同類型機(jī)組過速保護(hù)系統(tǒng)升級改造提供依據(jù)和參考。

        參考文獻(xiàn):

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