李猛

（柬埔寨水電開發(fā)有限公司，湖北 襄陽 441804）

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的情況下，電力行業(yè)的負(fù)擔(dān)越來越大，建設(shè)大型水電站可以有效的緩解電力供應(yīng)壓力。隨著水電站建設(shè)環(huán)境的不同，水的流速也會(huì)存在一定的差距。在一些較為特殊的情況下，水力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速可能會(huì)大幅度超過標(biāo)準(zhǔn)值，造成事故的發(fā)生。因此，人們對(duì)發(fā)電機(jī)組過速保護(hù)設(shè)備的關(guān)注度越來越高，機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)具有非常高的保護(hù)性能，可以有效的避免過速故障的發(fā)生。

1 機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)的作用

在水電站的工作過程中，發(fā)電機(jī)組具有著關(guān)鍵性的作用，如果發(fā)生故障，就會(huì)嚴(yán)重的影響水電站的穩(wěn)定工作，還有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛逸的大型事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失?；诖朔N情況，可以得出在水電站的設(shè)計(jì)過程中，發(fā)電機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是重中之重。

在水電站進(jìn)行發(fā)電的工作中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度過快的問題，在發(fā)生這種情況時(shí)，通常是使用專用設(shè)備調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整。如果調(diào)速器已經(jīng)不能夠控制，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的速度沒有降低到正常的水平，這時(shí)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)設(shè)備就發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)過速保護(hù)系統(tǒng)，將發(fā)電機(jī)組的進(jìn)水管道封閉使轉(zhuǎn)子停止，達(dá)到對(duì)水電站發(fā)電機(jī)組的保護(hù)效果。根據(jù)當(dāng)下的實(shí)際應(yīng)用情況，國(guó)內(nèi)的水電站大部分使用的都是電氣控制過速保護(hù)系統(tǒng)，它是一種電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以使用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)，但是此系統(tǒng)必須依靠專用的發(fā)電機(jī)測(cè)速設(shè)備，如果測(cè)速設(shè)備發(fā)生故障的同時(shí)又發(fā)生過速問題，則此系統(tǒng)將無法起到保護(hù)效果。另一方面，電氣控制過速保護(hù)系統(tǒng)在運(yùn)行工作時(shí)需要使用電能，因此如果水電站的供電出現(xiàn)問題，也會(huì)導(dǎo)致此系統(tǒng)無法起到有效的保護(hù)作用。在水電站的實(shí)際運(yùn)行工作中，發(fā)電機(jī)組過速是非常嚴(yán)重的問題，不盡快處理就極可能導(dǎo)致大型飛逸事故，不僅會(huì)使企業(yè)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)工作人員的人身安全造成威脅。機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、建造便捷、成本低廉以及其它多種性能優(yōu)勢(shì)，最重要的一點(diǎn)是，機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)在進(jìn)行保護(hù)工作時(shí)，不需要配備電能供應(yīng)設(shè)備，所以在水電站中具有非常好的應(yīng)用前景。而且機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置不需要使用專用設(shè)備對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而是使用其系統(tǒng)自帶的離心探測(cè)設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)，如果發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速過快，保護(hù)系統(tǒng)就會(huì)控制啟動(dòng)液壓設(shè)備以封閉進(jìn)水管道，使轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)，有效防止水電站發(fā)電機(jī)組飛逸事故，提高水電站運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。

2 機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)的工作原理以及特點(diǎn)

機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成，分別為離心探測(cè)器、切換閥、脫扣器和機(jī)械位置開關(guān)，其中離心探測(cè)器的主要作用是實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，通常會(huì)放置在大型發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)主軸上。離心探測(cè)器內(nèi)會(huì)安裝一個(gè)壓力彈簧，主軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心力給彈簧施加壓力。在發(fā)動(dòng)機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與標(biāo)準(zhǔn)值相符時(shí)，所產(chǎn)生的離心力相對(duì)較小，所以壓力彈簧不會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，這時(shí)的過速保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)啟動(dòng)。隨著發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的提升，離心力也會(huì)不斷的增大，當(dāng)壓力彈簧所承受的壓力達(dá)到一定值時(shí)，彈簧會(huì)被大幅度壓縮，從而使與其相連的活動(dòng)柱塞發(fā)生位移撞擊切換閥，然后激發(fā)過速保護(hù)系統(tǒng)。在系統(tǒng)被激活的情況下，隨著切換閥的變化，從而改變液壓系統(tǒng)壓力油的流動(dòng)方向，使配壓閥的進(jìn)出口產(chǎn)生壓力差距，推動(dòng)其移動(dòng)連通液壓管道，然后壓力油會(huì)繼續(xù)流動(dòng)進(jìn)入導(dǎo)葉接力器，激活接力器就會(huì)落下水閘并關(guān)閉導(dǎo)葉，最終完成發(fā)電機(jī)組的關(guān)閉。在進(jìn)行這個(gè)過程的同時(shí)，機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)會(huì)向水電站的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，以提示技術(shù)人員發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障，以便及時(shí)處理，降低損失。

3 機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

在水電站安裝機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榧夹g(shù)人員的失誤而造成安裝漏洞，導(dǎo)致系統(tǒng)使用出現(xiàn)問題，基于這種情況，介紹了一些需要特別關(guān)注的事項(xiàng)，可以有效防止安裝失誤，避免損失。在安裝最開始要注意的是，在安裝離心探測(cè)器、切換閥和活動(dòng)柱塞時(shí)，各器件之間的距離應(yīng)該要與生產(chǎn)廠家的安裝標(biāo)準(zhǔn)相符合，切換閥安裝方向要與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)定方向相符，避免發(fā)動(dòng)機(jī)組發(fā)生過速問題時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)的激發(fā)失效。隨著發(fā)電機(jī)組安裝環(huán)境以及尺寸規(guī)格的不同，其轉(zhuǎn)速也存在著一些區(qū)別，如果發(fā)電機(jī)組規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度過低，在發(fā)生過速問題時(shí)產(chǎn)生的離心力也會(huì)很小，有可能無法壓縮彈簧。所以對(duì)于此類發(fā)電機(jī)組，在進(jìn)行離心探測(cè)器的安裝時(shí)，要特別注意安裝的位置，如果安裝的位置與設(shè)計(jì)有所偏差，就可能導(dǎo)致離心探測(cè)器在工作時(shí)不僅需要承受離心力，還需要負(fù)擔(dān)重力，最終造成保護(hù)系統(tǒng)的失靈。在正常的情況下，如果安裝離心探測(cè)器的位置是發(fā)電機(jī)組主軸的上方，則離心探測(cè)器所受到的重力以及離心力的方向正好相反，會(huì)發(fā)生力的相互抵消，安裝位置越靠近正上方則抵消的越明顯，因此，正確的離心探測(cè)器安裝位置應(yīng)該是發(fā)電機(jī)主軸的垂直下方，使離心力和重力的作用方向相同，可以相互疊加，這樣保護(hù)系統(tǒng)才可以被正常的激活。安裝機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)的工序全部結(jié)束后，應(yīng)在沒有水力輸送的狀態(tài)下進(jìn)行模擬試驗(yàn)，觀察保護(hù)系統(tǒng)能否正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，各部分的動(dòng)作是否存在問題，以確保在發(fā)生發(fā)電機(jī)組過速問題時(shí)，能夠起到有效的保護(hù)效果。如果是在平時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)，將離心探測(cè)器從發(fā)電機(jī)組主軸上拆除后再安裝，也需要進(jìn)行模擬試驗(yàn)。在機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)被激活以后，技術(shù)人員必須去手動(dòng)關(guān)閉，才可以還原回初始的待機(jī)狀態(tài)。

4 國(guó)內(nèi)的機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用狀況

在上個(gè)世紀(jì)我國(guó)水電站的前期發(fā)展中，使用的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速監(jiān)控設(shè)備都需要消耗電力，這種設(shè)備不僅容易發(fā)生故障，對(duì)電力供應(yīng)要求極高，極易出現(xiàn)保護(hù)失效。

上世紀(jì)50年代，機(jī)械制造一直是我國(guó)的發(fā)展重點(diǎn)，隨著近年來人們對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化關(guān)注度的提高，現(xiàn)代水電站設(shè)計(jì)也在向著無人自動(dòng)化控制的方向努力著。由于傳統(tǒng)的過速保護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)不能很好的滿足現(xiàn)代水電站的需要，所以新型過速保護(hù)系統(tǒng)的出現(xiàn)非常重要。機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)由于其設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠、性價(jià)比高等諸多優(yōu)勢(shì)，而且此系統(tǒng)可以在沒有電能供應(yīng)和無人看管的情況下獨(dú)立的完成對(duì)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)及安全保護(hù)工作，所以在現(xiàn)代化水電站的設(shè)計(jì)建設(shè)過程中被廣泛的使用。自改革開放來，國(guó)內(nèi)及國(guó)外市場(chǎng)的交流溝通日益增多，很多國(guó)外的機(jī)械液壓過速保護(hù)產(chǎn)品進(jìn)入了我國(guó)的市場(chǎng)，并由于其較為先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，迅速的占領(lǐng)了一部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，對(duì)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的銷售造成了一定的沖擊。雖然進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)較為領(lǐng)先，但也存在著一定的缺陷，例如進(jìn)口設(shè)備在和我國(guó)的水力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行對(duì)接時(shí)，可能會(huì)存在著一定不匹配，造成安全隱患。而且使用進(jìn)口設(shè)備的經(jīng)濟(jì)成本較高，如果出現(xiàn)故障，進(jìn)行維修也非常麻煩。在這種背景下，我國(guó)相關(guān)的裝備制造企業(yè)應(yīng)該積極研發(fā)高性能的機(jī)械液壓過速保護(hù)設(shè)備，降低國(guó)內(nèi)水電站對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴性，增加國(guó)內(nèi)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

5 JBX機(jī)械液壓過速保護(hù)設(shè)備

JBX機(jī)械液壓過速保護(hù)設(shè)備集成了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。該機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)主要由過速探測(cè)器、過速保護(hù)器組成，屬于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備的純機(jī)械無源過速保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速過高達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，同時(shí)水電站轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置與調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法暫停發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，JXB機(jī)械液壓過速保護(hù)設(shè)備就可以通過油壓裝置油壓切換油路，利用液壓系統(tǒng)暫停發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，避免飛逸事故的發(fā)生。圖1為JXB機(jī)械液壓過速保護(hù)設(shè)備原理圖。

圖1 JXB機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置原理圖

圖1中1為過速探測(cè)器，2為過速保護(hù)器。過速探測(cè)器的主要元件包括離心塊與彈簧，過速保護(hù)器的主要元件包括機(jī)械液壓閥、脫扣器與機(jī)械位置開關(guān)。JXB機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)可以由兩個(gè)分瓣圓環(huán)法蘭環(huán)固定安裝在水輪機(jī)主軸上。如水輪發(fā)電機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)過速探測(cè)器1上的離心塊3產(chǎn)生的離心力過小，無法觸動(dòng)棘輪7，這時(shí)過速保護(hù)裝置處于正常狀態(tài)，同時(shí)機(jī)械液壓閥11處于未切換狀態(tài)。伴隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，過速探測(cè)器1上的離心塊3將伴隨著水電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)而增加離心力，離心塊3將沿徑向往外滑動(dòng)。如發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速升高超過過速保護(hù)設(shè)定值時(shí)，離心塊3則會(huì)觸動(dòng)棘輪7，這時(shí)被棘輪7限位的軸8鎖扣被解開，并且在彈簧的影響下帶動(dòng)凸輪9一同旋轉(zhuǎn)，而凸輪9則會(huì)帶動(dòng)機(jī)械液壓閥11切換油路，輸入代表機(jī)組過速信號(hào)來提供給監(jiān)控使用。機(jī)械液壓閥11換油路能快速關(guān)閉軸流、混流、貫流式機(jī)組導(dǎo)葉接力器，從而避免飛逸事故的出現(xiàn)。如發(fā)電機(jī)組停機(jī)故障得到排除后，應(yīng)該手動(dòng)復(fù)位過度保護(hù)器棘輪，以供發(fā)電機(jī)組再次開機(jī)。

6 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)具有多種性能優(yōu)勢(shì)，可以在多種情況下進(jìn)行發(fā)電機(jī)組的過速保護(hù)，保證了發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，有效避免了事故的發(fā)生，降低了過速故障的發(fā)生率，保護(hù)了技術(shù)人員的人身安全，提升了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)：

[1]余后培.官地水電站機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用探析[J].科技展望,2016,26(17):122.