株溪口水電站調速系統分段關閉問題淺析

謝湘豹

（湖南省水利水電勘測設計研究總院長沙市410007）

1 工程簡介

株溪口水電站位于湖南省安化縣境內資水流域中游，是一個以發電為主，兼顧航運等綜合效益的水電工程。電站為河床式，總裝機容量74 MW，裝有4臺（套）燈泡貫流式水輪發電機組，單機容量18.5 MW，每臺機組配置1臺PSWST-100-PLC調速器，油壓裝置為HYZ-6.0-6.3。

2 故障現象

株溪口水電站1#機組在調試程序完善后甩12 MW負荷時，機組轉速升高達到160%額定轉速，電氣過速和機械過速均動作，機組事故停機。

3 試驗檢查

（1）無水試驗檢查。

排干機組流道積水，檢查導葉關閉規律是否滿足要求，即第一段和第二段關閉時間、分段關閉拐點是否滿足設計要求，設計要求第一段Ts1=3 s，第二段Ts2=6 s，拐點開度為45%。

采用模擬甩負荷的方法，測量出第一段關閉時間為1.563 s，第二段關閉時間為11.106 s，分段關閉拐點為48.7%。雖然與設計導葉關閉規律不符，但第一段關閉速度比設計關閉速度快，考慮到甩負荷時有過速現象，導葉關閉速度偏快，對抑制轉速上升有利，故沒有對關閉速度進行調整。

（2）甩負荷試驗檢查。

●在當時水頭下機組帶15 MW負荷時，導葉開度為76.354%，此時機組甩15 MW負荷，機組轉速上升到63.661 Hz。甩負荷時，導葉關閉的拐點為55.422%。

●在當時水頭下機組帶12 MW負荷時，導葉開度為64.939%，此時機組甩12 MW負荷，機組轉速上升到75.728 Hz。甩負荷時，導葉沒有按照分段關閉規律進行關閉，而是按第二段關閉速度關閉，導致機組轉速上升過高。

4 故障原因分析

在機組帶12 MW負荷時，導葉開度為64.939%，此時觀察分段關閉的先導閥，發現先導閥下部的滾輪剛好處在拐點位置，即只要導葉關閉一點，先導閥就會動作，也就是說此時分段關閉的拐點為64.939%。而在無水試驗時，分段關閉拐點為48.700%，這說明導葉從全開向全關，先導閥的滾輪運動到拐點上時，并沒有馬上驅動分段關閉閥動作，而是在0.5 s后導葉繼續關閉了16.239%開度才驅動分段關閉閥動作。但在甩12 MW負荷時，由于導葉剛開始關閉時速度不快，先導閥較快地驅動了分段關閉閥動作，導葉一直以第二段的較慢速度關閉，導致機組轉速上升過高。這說明甩負荷時導葉關閉的初始開度大，導葉分段關閉的拐點就低，導葉關閉的初始開度小，導葉分段關閉拐點就高，當導葉開度剛好在先導閥滾輪與分段凸塊接觸位置即65%開度附近時，該開度就處于分段關閉拐點位置上。也就是說分段關閉裝置的拐點在各種工況下是不一樣的，具有不確定性，這就容易導致甩負荷時機組過速，特別是當機組帶滿負荷而導葉開始剛好在先導閥滾輪與分段凸塊接觸位置時，甩負荷后導葉會按第二段慢關閉速度關閉，機組轉速上升將很高，這將對機組安全穩定運行非常不利。

株溪口水電廠機組分段關閉裝置采用的是純機械位置控制的先導閥與油壓控制的分段閥組成的組裝，在分段關閉拐點以上，先導閥連接分段關閉閥的油管路接通壓力油；達到分段關閉拐點以下，先導閥動作，連接的油管路接通回路，通過管路泄壓驅使分段關閉閥動作，實現導葉的較慢關閉。先導閥安裝在控制環上部，分段關閉閥安裝在燈泡頭上部的位置，二者之間的油管路長達20 m左右，分段關閉閥安裝位置比先導閥高5 m左右。這必然導致先導閥動作后管路泄壓到分段關閉閥動作到位需要一段時間，從而導致了分段關閉拐點動作滯后。

通過以上的調查分析，基本確定引起1#機組在甩12 MW負荷時過速的原因是由于分段關閉裝置性能不佳，導致甩負荷時直接以第二段速度關閉，而沒有以較快的第一段關閉速度首先將機組轉速予以抑制，而導致分段關閉裝置性能不佳的原因是由于先導閥和分段關閉閥之間油路較長，而分段關閉閥需要先導閥的連接管路泄壓到一定值才能驅動。

5 改造措施

1#機組在甩12 MW負荷時過速的原因是分段關閉裝置性能不佳造成的，應該盡快對分段關閉裝置進行有效的改造，具體可采取以下措施：

（1）采用動作壓力低的分段關閉閥，保證連接管路壓力變化較小的情況下，也能驅動分段關閉閥動作。

（2）縮短先導閥和分段關閉之間的鏈接管道，盡量將先導閥和分段關閉閥安裝在一起。

（3）采用電磁閥控制的分段關閉閥，通過導葉接力器的位置節點信號驅動電磁閥操作分段關閉裝置動作。采用這種方案，應考慮在電氣回路故障情況下，如何保證分段關閉裝置的動作可靠性。

（4）采用電磁閥+先導閥雙重控制的分段關閉閥，電氣控制為主控制，油壓為備用控制，保證在電氣控制失電的情況下，通過壓力油操作分段關閉裝置動作。采用這種方案，可以提高分段關閉裝置動作的可靠性，但應研究設置兩套控制裝置的可行性。