趙 勇，許 棟，朱 祥，祁英明，張 晗，蘭 宇

（1.南瑞集團(tuán)（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司，江蘇 南京211106；2.華能瀾滄江烏弄龍里底工程建設(shè)管理局，云南 昆明671500）

0 引言

在水電站的工程實(shí)際中，由于其水工結(jié)構(gòu)、引水管道、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素的影響，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，要求調(diào)速器的接力器在緊急關(guān)閉時(shí)具有導(dǎo)葉分段（一般為2段）關(guān)閉特性，即在導(dǎo)葉緊急關(guān)閉過(guò)程中，要求按照拐點(diǎn)區(qū)分成關(guān)閉速度不同的2段（或多段）關(guān)閉特性，如圖1所示，導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置就是實(shí)現(xiàn)這種關(guān)閉特性的裝置[1-6]。

圖1 分段機(jī)理

純機(jī)械式分段，無(wú)需電源，由于必須利用凸輪或楔形板使接力器在運(yùn)動(dòng)時(shí)控制切換閥換位，機(jī)械系統(tǒng)復(fù)雜，有的電站在布置上也有一定的困難。圖2為機(jī)械式分段系統(tǒng)。純電氣式分段布置方便，但須十分重視其控制電源和控制回路的可靠性，一般應(yīng)采用兩段廠用電直流電源對(duì)切換電磁閥回路供電。如果電站有事故配壓閥，分段應(yīng)該安裝在事故配壓閥與接力器之間的油路中。值得注意的是，在接力器位移凸輪機(jī)構(gòu)/控制閥和分段關(guān)閉閥的布置上，一定要使二者盡可能靠近安裝，以減小油管路長(zhǎng)度，減少動(dòng)作延遲。圖3為純電氣式分段關(guān)閉裝置液壓原理，其中，滑閥式分段關(guān)閉閥V2，即分段母體，其三維結(jié)構(gòu)如圖4所示，純電氣式依靠側(cè)端蓋上的電磁換向閥V1實(shí)現(xiàn)控制油路切換，純機(jī)械式或者電氣+機(jī)械組合式則在側(cè)端蓋上采用液控?fù)Q向閥實(shí)現(xiàn)控制油路切換[7-8]。

圖2 接力器機(jī)械式導(dǎo)葉分段系統(tǒng)

1 工程概述

烏弄龍4號(hào)機(jī)在做完靜態(tài)試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)原先滿足要求的拐點(diǎn)滯后約10%的開度。從分段Ⅱ動(dòng)作到上一層分段Ⅰ側(cè)液控閥失壓、分段Ⅰ本體滑閥動(dòng)作截流，這一過(guò)程存在著約1s 的延時(shí)，該延時(shí)直接造成了相應(yīng)拐點(diǎn)的滯后，按照一段關(guān)機(jī)約10%/s的速度，曲線拐點(diǎn)就下移了10%的開度。

圖3 純電氣式分段關(guān)閉裝置原理

測(cè)試發(fā)現(xiàn)：分段Ⅱ單獨(dú)投電氣分段情況下，設(shè)定拐點(diǎn)值為51%，10次試驗(yàn)實(shí)測(cè)平均差值為9.94%，平均拐點(diǎn)為41.06%；分段Ⅱ單獨(dú)投機(jī)械分段情況下，設(shè)定拐點(diǎn)值為71%，10次試驗(yàn)實(shí)測(cè)平均差值為11.84%，平均拐點(diǎn)為59.16%。調(diào)保計(jì)算要求關(guān)機(jī)拐點(diǎn)應(yīng)為51.3%，現(xiàn)場(chǎng)將電氣分段動(dòng)作點(diǎn)提前9.94%，修正設(shè)定值為61%，實(shí)際關(guān)機(jī)拐點(diǎn)51.7%，滿足要求；同時(shí)將機(jī)械分段動(dòng)作點(diǎn)提前11.84%，修正設(shè)定值為62%，實(shí)際關(guān)機(jī)拐點(diǎn)50.27%，基本滿足要求。表1記錄多次試驗(yàn)導(dǎo)葉關(guān)閉實(shí)際拐點(diǎn)位置。

圖4 滑閥式分段關(guān)閉閥三維結(jié)構(gòu)

表1 多次試驗(yàn)導(dǎo)葉關(guān)閉實(shí)際拐點(diǎn)位置

由于現(xiàn)場(chǎng)工期緊張，無(wú)法等到隔夜再次檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)最終取消分段Ⅱ，沿用1～3號(hào)機(jī)相對(duì)穩(wěn)妥的方式，即，將電磁閥直接裝到分段Ⅰ本體，代替液控切換，保證無(wú)延時(shí)。

2分段延遲動(dòng)作分析

（1）因素一：回油不暢

提供的原始液壓系統(tǒng)圖中，分段Ⅱ的回油是單獨(dú)配送，與分段Ⅰ合并連到回油箱。但現(xiàn)場(chǎng)安裝采取將分段Ⅱ的回油與鎖定還有飛擺的回油三處整合一起送中間層與分段Ⅰ、事故配壓閥的回油再合并接連到回油箱。之后提供的更改液壓系統(tǒng)圖中，分段Ⅱ的回油也是單獨(dú)配送，與分段Ⅰ合并連到回油箱。但4號(hào)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝仍采取之前配管方式，將分段Ⅱ的回油與鎖定還有飛擺的回油三處整合一起送中間層與分段Ⅰ、事故配壓閥的回油再合并接連到回油箱。

水機(jī)室內(nèi)的回油配管方式是將分段Ⅱ的回油與鎖定和飛擺的回油合歸一處（“麻花狀”）的方式，存在著回油不暢的問題。同時(shí)，1～4號(hào)機(jī)不僅都存在著分段動(dòng)作延遲的共性問題，而且都存在著事故動(dòng)作和飛擺過(guò)速動(dòng)作延遲1～2s 的共性問題，其通病跟此處聯(lián)結(jié)的回油不暢有一定關(guān)系。

（2）因素二：液控管路細(xì)長(zhǎng)彎折

烏弄龍工程1～4號(hào)機(jī)液控管路均采用DN15的細(xì)管子，從水機(jī)室分段Ⅱ到中間層的分段Ⅰ，液控管長(zhǎng)度約有40m，且有10處彎折。管路細(xì)長(zhǎng)彎折的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)液壓信號(hào)傳遞的及時(shí)性有著一定影響。

（3）因素三：管內(nèi)殘余空氣未排盡

現(xiàn)場(chǎng)4號(hào)機(jī)投運(yùn)過(guò)程中，為了排除管路的空氣，通過(guò)擰開水機(jī)室分段Ⅱ集成塊回油口，多次手動(dòng)投退機(jī)械與電氣分段，手動(dòng)投持續(xù)的時(shí)間每次約為15s，釋放了約20L 油，恢復(fù)后當(dāng)時(shí)延遲問題基本得到解決。之后也投過(guò)事故配壓閥與飛擺，未見明顯延遲。這種排氣方式存在不足，無(wú)法確保管路中殘余空氣全部排出，宜采取低壓下將中間層分段Ⅰ液控口擰開泄油排氣，該種排氣方式效果更佳。

3 改進(jìn)方案

基于“保證回油暢通”思想和“縮短控制被控對(duì)象距離”的思想，提出以下4種改進(jìn)方案，供參考選擇。

（1）改進(jìn)方案一思路：將原分段Ⅱ改為分段2+分段3，即，將電氣與機(jī)械分開，重新制作塊子。

現(xiàn)場(chǎng)安裝要求：分段2緊挨分段Ⅰ，縮短電氣分段與分段Ⅰ間的液控管長(zhǎng)度、并就近回油箱配接回油（與分段Ⅰ的回油合并送到一旁的回油箱），可以首先充分保證電氣動(dòng)作無(wú)延時(shí)；另外，分段3裝于接力器旁、單獨(dú)配接回油（可與分段1分段2的回油合并）送回油箱，保證機(jī)械分段回油暢通（圖5）。

圖5 改進(jìn)方案一原理

（2）改進(jìn)方案二思路：與方案一略有不同，針對(duì)分段3單獨(dú)配接回油（可與接力器漏油管合并）送至漏油箱，從而充分保證機(jī)械分段回油暢通（圖6）。

圖6 改進(jìn)方案二原理

（3）改進(jìn)方案三思路：下移分段Ⅰ至水機(jī)室外的墻上，如此分段Ⅰ與分段Ⅱ同層布置，縮短了液控管路的長(zhǎng)度，由原來(lái)的近40m 縮減為機(jī)坑至墻外的約10m 多。此外，分段Ⅱ的回油管單獨(dú)配送上去（現(xiàn)場(chǎng)是與鎖定、飛擺的回油合并送上去），并與分段Ⅰ的回油合并去向回油箱（圖7）。

圖7 改進(jìn)方案三原理

（4）改進(jìn)方案四思路：在方案三的基礎(chǔ)上，針對(duì)分段Ⅱ的回油單獨(dú)配管，連同接力器的漏油共同送至漏油箱，保證回油順暢。（圖8）

圖8 改進(jìn)方案四原理

綜合4種方案現(xiàn)場(chǎng)改造的工程量來(lái)看，建議優(yōu)先考慮方案四，其次為方案二。原因?yàn)椋簷C(jī)坑內(nèi)分段集成塊的回油最好接引到漏油箱，因?yàn)槭紫嚷┯拖淙萘孔銐颍s0.8m3）機(jī)組正常開起來(lái)帶負(fù)荷在拐點(diǎn)以下的概率不是很高（主要是關(guān)機(jī)），且分段每次動(dòng)作流入漏油箱的油量小于1L；回油箱預(yù)開的輔助油口不夠用，不便單獨(dú)一根連回油箱；分段Ⅰ下移到水機(jī)室外，直接縮減了控制被控對(duì)象距離。如若原分段Ⅱ一分為二，可將單獨(dú)的電氣集成塊安裝在中間層分段Ⅰ本體附近縮短液控距離，回油管就近連回油箱；此時(shí)，單獨(dú)的機(jī)械分段集成塊安裝在水機(jī)室，單獨(dú)配接回油管送至漏油箱，且確保低壓充油時(shí)將液控閥接口擰開排盡管路中的空氣（建議在分段Ⅰ液控接口前安裝一支管帶閥門，便于排油排氣），從而保證機(jī)械動(dòng)作至分段Ⅰ動(dòng)作過(guò)程無(wú)延遲。

4 結(jié)論

針對(duì)烏弄龍工程“拐點(diǎn)下移”的時(shí)滯現(xiàn)象，分析了造成分段本體節(jié)流動(dòng)作延遲問題的影響因素，包括：①回油不暢；②液控管路細(xì)長(zhǎng)彎折；③管路殘余空氣未被排盡?；凇氨ＷC回油暢通”和“縮短控制被控對(duì)象距離”的思想，提出了4種改進(jìn)方案供參考選擇。為水電調(diào)速器工程設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)故障處理提供參考。