于建軍

摘要：現(xiàn)如今，我國(guó)是科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的新時(shí)期，水輪發(fā)電機(jī)組在關(guān)機(jī)時(shí)，若接力器機(jī)械分段關(guān)閉出現(xiàn)故障，原有的2段關(guān)閉變成1段關(guān)閉，此時(shí)水擊壓力將會(huì)升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成抬機(jī)，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了避免上述情況發(fā)生，保證機(jī)組、設(shè)備健康穩(wěn)定，某水電廠(chǎng)決定加裝1套電氣分段關(guān)閉功能，與機(jī)械分段關(guān)閉互為冗余。當(dāng)機(jī)械分段關(guān)閉裝置故障時(shí)，電氣分段關(guān)閉能實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常停機(jī)，最大程度地避免事故發(fā)生。某水電廠(chǎng)率先運(yùn)用了這一新技術(shù)，投運(yùn)后機(jī)組運(yùn)行情況良好，為該技術(shù)在相同類(lèi)型的水電廠(chǎng)中的運(yùn)用起到了較好的推廣作用。

關(guān)鍵詞：分段關(guān)閉;接力器;拐點(diǎn);監(jiān)控系統(tǒng)

引言

在水電站的工程實(shí)踐中，由于受水工結(jié)構(gòu)、引水管道、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣性等因素的影響，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，要求導(dǎo)葉在關(guān)閉過(guò)程中接力器以不同的速率關(guān)閉。其關(guān)閉特性是，按拐點(diǎn)分成關(guān)閉速度不同的兩段（或多段），導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這種特性的。水輪機(jī)水力調(diào)節(jié)保證計(jì)算的基本任務(wù)就是確定機(jī)組及電站在大波動(dòng)時(shí)的極值：最大轉(zhuǎn)速上升βmax和最大壓力上升ξmax。為了限制最大轉(zhuǎn)速上升和最大壓力上升或協(xié)調(diào)二者之間的矛盾，主要有兩種方法：（1）選擇合適的關(guān)閉、開(kāi)啟時(shí)間及GD2，這是最主要的方法。（2）其次就是研究最優(yōu)調(diào)節(jié)規(guī)律，尤其是關(guān)閉規(guī)律。由此可以看出分段關(guān)閉裝置在水電站有著廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)兩段或三段關(guān)閉規(guī)律的手段可由調(diào)速器通過(guò)微機(jī)控制完成，也可由調(diào)速器之外的機(jī)械液壓元件完成。當(dāng)機(jī)組配置了事故配壓閥等調(diào)速器之外的關(guān)閉設(shè)施時(shí)，僅能通過(guò)調(diào)速器外部零部件實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉。隨著目前微機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性不斷提高，通過(guò)調(diào)速器軟件可很容易實(shí)現(xiàn)各種不同的機(jī)組關(guān)閉規(guī)律。目前可靠的分段關(guān)閉裝置仍然是由機(jī)械液壓元件組成，本文主要講述由機(jī)械液壓元件組成的分段關(guān)閉裝置。

1工作原理

水電站實(shí)現(xiàn)不同關(guān)閉規(guī)律是通過(guò)接力器回油節(jié)流，控制接力器的回油流量來(lái)完成的。分段關(guān)閉裝置的執(zhí)行元件一端連接接力器的開(kāi)啟腔，另一端連接調(diào)速器的開(kāi)啟腔。液壓分段關(guān)閉裝置可以呈現(xiàn)為系統(tǒng)A和系統(tǒng)B兩種形式。

2接力器改造

2.1單向節(jié)流閥更換

此次改造將單向節(jié)流閥更換為型號(hào)LD-II的一種大流量液控單向節(jié)流閥，主要用于單方向改變管路的流量，通過(guò)電磁方向閥對(duì)分段關(guān)閉裝置的先導(dǎo)控制，達(dá)到使水輪機(jī)導(dǎo)葉接力器在關(guān)閉過(guò)程中實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉的目的;先快速關(guān)閉至分段點(diǎn)，電磁方向先導(dǎo)閥動(dòng)作，再慢速關(guān)閉至全關(guān)。單向節(jié)流閥安裝在導(dǎo)葉接力器開(kāi)機(jī)腔與事故配壓閥、調(diào)速器主配壓閥之間的油管路上，用來(lái)控制接力器的關(guān)閉速度，快關(guān)用于減小機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升，慢關(guān)用于減小機(jī)組的壓力鋼管的水壓力上升，防止水錘事故，以確保水輪發(fā)電機(jī)組安全可靠地運(yùn)行。

2.2電氣液壓切換閥電氣控制回路原理

由于液壓切換閥是瞬動(dòng)型，具有一經(jīng)通電就可以動(dòng)作，且斷電后不能自動(dòng)復(fù)歸的特性，因而控制液壓切換閥帶電時(shí)先導(dǎo)電磁閥為主用，失電時(shí)先導(dǎo)行程閥為備用。為此采用分段關(guān)閉電磁閥和分段關(guān)閉復(fù)歸電磁閥來(lái)控制液壓切換閥是否帶電。在機(jī)旁APG4屏內(nèi)加裝1個(gè)直流220 V空氣開(kāi)關(guān)QF4，2個(gè)PLC開(kāi)出繼電器K7，K8。其中，接點(diǎn)1，2均在調(diào)速器控制系統(tǒng)PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn)邏輯判斷。接點(diǎn)1的閉合條件為機(jī)組在開(kāi)機(jī)狀態(tài)、發(fā)生機(jī)組事故且導(dǎo)葉開(kāi)度不大于35 %;斷開(kāi)條件為停機(jī)狀態(tài)或?qū)~開(kāi)度大于35 %。接點(diǎn)2的閉合條件為停機(jī)狀態(tài)或?qū)~開(kāi)度大于35 %時(shí)延時(shí)1 s閉合，斷開(kāi)條件為接點(diǎn)2閉合后延時(shí)1 s自動(dòng)斷開(kāi)。

2.3將現(xiàn)有接力器進(jìn)行改造

前面我們已經(jīng)分析并得出結(jié)論，造成接力器關(guān)閉曲線(xiàn)異常變化的真正原因是：GE公司沒(méi)有按接力器三段關(guān)閉曲線(xiàn)的要求設(shè)計(jì)或制造主接力器，第一段關(guān)閉排油管的中心線(xiàn)與第二段關(guān)閉排油管的中心線(xiàn)的距離不夠，只有165mm。如果我們能將第二段關(guān)閉排油管向第三段關(guān)閉排油管方向移動(dòng)145mm，就可以滿(mǎn)足第二段關(guān)閉曲線(xiàn)占全行程的50%這一要求。解決這一間題的簡(jiǎn)單而有效的方法是：在接力器內(nèi)壁開(kāi)導(dǎo)流槽。將第二段關(guān)閉排油管與接力器缸內(nèi)壁焊接處往第三段關(guān)閉排油管方向銑出兩道145mmX8ommX20mm的導(dǎo)流槽（兩槽之間留20mm寬的肋）即相當(dāng)于將第二段關(guān)閉排油管向第三段關(guān)閉排油管方向移動(dòng)了145mm。經(jīng)過(guò)校核計(jì)算，開(kāi)槽之后，接力器缸壁強(qiáng)度仍能滿(mǎn)足要求。

2.4監(jiān)控系統(tǒng)控制部分改造

此次改造對(duì)電磁閥增加1組0～24V的控制信號(hào)線(xiàn)，引入監(jiān)控現(xiàn)地LCU，在監(jiān)控柜內(nèi)增加1個(gè)開(kāi)出繼電器開(kāi)出信號(hào)，主要功能如下：機(jī)組正常停機(jī)情況下，當(dāng)導(dǎo)葉開(kāi)度下降至70%時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)出信號(hào)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)，使單向節(jié)流閥上的電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉功能。并對(duì)監(jiān)控程序進(jìn)行修改，將電氣分段關(guān)閉控制寫(xiě)入主程序中：當(dāng)機(jī)組開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若監(jiān)控系統(tǒng)給出停機(jī)令，當(dāng)機(jī)組當(dāng)前導(dǎo)葉開(kāi)度小于或等于70%，監(jiān)控直接開(kāi)出電氣分段關(guān)閉信號(hào)，開(kāi)出繼電器動(dòng)作，分段關(guān)閉裝置電磁閥線(xiàn)圈帶電，分段關(guān)閉信號(hào)動(dòng)作20s后，監(jiān)控系統(tǒng)復(fù)歸電氣分段關(guān)閉信號(hào)，此時(shí)電氣分段關(guān)閉功能退出。

2.5動(dòng)作原理

正常時(shí)，液壓切換閥控制先導(dǎo)電磁閥為主用，控制先導(dǎo)行程閥為備用，仍采用原來(lái)的導(dǎo)葉開(kāi)度在35 %位置的開(kāi)關(guān)量信號(hào)作為拐點(diǎn)信號(hào)。監(jiān)控系統(tǒng)在收到拐點(diǎn)信號(hào)的同時(shí)，控制先導(dǎo)電磁閥動(dòng)作，發(fā)出分段關(guān)閉裝置的分段關(guān)閉指令。如果先導(dǎo)電磁閥動(dòng)作0.2 s后，分段關(guān)閉裝置未動(dòng)作，即電氣分段投入位置接點(diǎn)未動(dòng)作，則切換閥自動(dòng)切換到先導(dǎo)行程閥控制。由于節(jié)流滑塊固定在水輪機(jī)調(diào)速環(huán)上，在導(dǎo)葉開(kāi)度關(guān)至20 %時(shí)，凸輪位置開(kāi)始與節(jié)流滑塊的最低點(diǎn)接觸;隨著導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉，凸輪位置隨著節(jié)流滑塊的坡度上升而不斷滑動(dòng)上升;在先導(dǎo)電磁閥控制分段關(guān)閉裝置未動(dòng)作0.2 s后，凸輪桿正好頂起至分段關(guān)閉行程閥動(dòng)作位置，從而控制分段關(guān)閉裝置動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉分段關(guān)閉。

2.6調(diào)整關(guān)閉曲線(xiàn)至最佳狀態(tài)

在現(xiàn)有的接力器三段關(guān)閉曲線(xiàn)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低導(dǎo)葉第二段的關(guān)閉速度，盡量提高導(dǎo)葉第三段的關(guān)閉速度，這樣即可以控制因?qū)~第二段關(guān)閉過(guò)快而引起的過(guò)高水擊壓力。同時(shí)，在導(dǎo)葉第三段關(guān)閉開(kāi)始后，機(jī)組達(dá)到最高轉(zhuǎn)速的時(shí)間將縮短，機(jī)組的最高轉(zhuǎn)速將下降，而且機(jī)組持續(xù)高轉(zhuǎn)速的時(shí)間將縮短。但這種調(diào)整是有限度的。

結(jié)語(yǔ)

此次機(jī)組電氣分段功能改造，采用了電氣信號(hào)控制導(dǎo)葉分段關(guān)閉這一新技術(shù)。當(dāng)機(jī)組導(dǎo)葉開(kāi)度降至70%時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部程序進(jìn)行判斷，通過(guò)繼電器開(kāi)出信號(hào)給電磁閥，動(dòng)作于單向節(jié)流閥以改變油流的大小，實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉，并取得了成功。此次改造已在該電廠(chǎng)的機(jī)組上投入運(yùn)行?？梢哉f(shuō)，這一新技術(shù)的使用，不僅保證了當(dāng)機(jī)械分段關(guān)閉功能失效時(shí)，機(jī)組能夠正常停機(jī)，不發(fā)生轉(zhuǎn)速瞬時(shí)升高，造成抬機(jī)的現(xiàn)象，同時(shí)，也為該技術(shù)在相似水電站的電氣分段關(guān)閉功能上的推廣起到了良好的促進(jìn)作用，具有比較深遠(yuǎn)的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]胡細(xì)波，毛先強(qiáng)，張楠林.水輪機(jī)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律分析及應(yīng)用[J].水電與新能源，2015（7）：66-68.

[2]占小濤，張曉宏，張俊發(fā).水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)啟和關(guān)閉規(guī)律探討[J].人民長(zhǎng)江，2017（9）：89-93.

[3]徐曉燕，張曉宏，李建斌.水輪機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程的探討研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015（2）：135-138.

[4]鄭偉.調(diào)速器系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置故障分析及處理[J].電工技術(shù)，2018（9）：114-115.