柳洪水電站機(jī)組調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)概述及存在問題分析

摘要本文介紹了柳洪水電站調(diào)速器油壓裝置的構(gòu)成及在運(yùn)行中存在的問題進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。以便于其余電站在調(diào)速器油壓裝置的選擇上進(jìn)行參考和借鑒。

關(guān)鍵詞油壓裝置 自動(dòng)補(bǔ)氣裝置 MB+網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào):TM61文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1 工程概述

柳洪水電站位于涼山彝族自治州美姑縣柳洪鄉(xiāng)，是美姑河干流梯級(jí)規(guī)劃一庫五級(jí)開發(fā)方案中的第四級(jí)，也是首期工程。柳洪水電站采用低閘引水式開發(fā)，閘址以上集水面積2215 km2，總庫容65萬m3，設(shè)計(jì)水頭358 m，設(shè)計(jì)發(fā)電引用流量57m3/s，裝機(jī)容量180 MW，保證出力3.47MW，單獨(dú)運(yùn)行時(shí)多年平均發(fā)電量8.45億 kW·h。

柳洪水電站采用地下發(fā)電廠房，廠房內(nèi)總共裝設(shè)有3臺(tái)容量為60 MW的立軸懸式混流式水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF-J60-12/4430，轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘，采用靜止晶閘管(可控硅)自并勵(lì)方式勵(lì)磁。每臺(tái)發(fā)電機(jī)調(diào)速器設(shè)置一套油壓裝置。

2 調(diào)速器油壓裝置概述

柳洪水電站調(diào)速系統(tǒng)采用的4.0Mpa的高壓油來對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)行操作控制。油壓裝置是本廠的重要的水力機(jī)械輔助設(shè)備，其作用是產(chǎn)生并貯存高壓油，為機(jī)組啟動(dòng)、停止、調(diào)節(jié)出力提供能源;壓力油罐油壓事故降低時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組將危險(xiǎn)地失控，應(yīng)有防護(hù)措施。油壓裝置的特別重要性與現(xiàn)代化滾滾洪流決定了油壓裝置用高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的必要性。

調(diào)速器油壓裝置的工作過程:在油泵系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿泵旋轉(zhuǎn)時(shí)，回油箱內(nèi)油液經(jīng)濾油網(wǎng)過濾后，由吸油管吸入，經(jīng)螺桿泵加壓后的高壓油被送入組合閥，再經(jīng)截止閥進(jìn)入壓力油罐內(nèi)。需要壓力油時(shí)，壓力油罐內(nèi)的壓力油經(jīng)供油截止閥由管道送至機(jī)組導(dǎo)葉接力器，工作后的回油排至回油箱，這樣就構(gòu)成一個(gè)封閉的循環(huán)油路系統(tǒng)。壓力油罐內(nèi)的壓力油也可以通過截止閥直接排至回油箱。壓力油罐內(nèi)的油壓可以通過罐體上安裝的壓力表直接觀察。當(dāng)油罐內(nèi)的油壓下降或是上升到相應(yīng)整定值時(shí)，由壓力開關(guān)控制螺桿泵電動(dòng)機(jī)啟停。為了保證壓油裝置工作的可靠性，裝有兩臺(tái)螺桿泵，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，在特殊情況下，兩臺(tái)螺桿泵也可以同時(shí)工作。油泵電機(jī)均采用交流異步電機(jī)。

在正常情況下，壓力油罐上部充滿壓縮空氣，下部充滿汽輪機(jī)油，油、氣比為1:3，油位可以從壓力油罐上的液位信號(hào)器直接觀察，并可以發(fā)送液位高低信號(hào)。在正常工作壓力范圍內(nèi)，空氣減少油位升高，破壞了正常的油、氣比時(shí)進(jìn)行補(bǔ)氣。補(bǔ)氣系統(tǒng)的壓縮空氣由電站中壓氣系統(tǒng)供給，經(jīng)補(bǔ)氣裝置、截止閥進(jìn)入壓力油罐，直至壓力恢復(fù)正常。當(dāng)油壓降至事故低油壓時(shí)，發(fā)出事故報(bào)警信號(hào)至事故停機(jī)系統(tǒng)。壓力油罐內(nèi)的壓縮空氣泄放可通過補(bǔ)氣裝置中的排氣閥手動(dòng)進(jìn)行。

3 柳洪水電站調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及各部功能

柳洪水電站調(diào)速器系統(tǒng)由武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備有限公司提供，油壓裝置型號(hào)為HYZ-1.6-4.0 ，采用單機(jī)單油壓裝置供油，每臺(tái)油壓裝置獨(dú)立工作，每臺(tái)油壓裝置由壓力油罐、回油箱、油泵電機(jī)、組合閥、自動(dòng)化元器件、補(bǔ)氣裝置及控制系統(tǒng)構(gòu)成。每臺(tái)油壓裝置設(shè)一面油壓裝置控制屏，安裝于發(fā)電機(jī)層。

3.1 壓力油罐

整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的壓力油均由壓力油罐供給，在壓力油罐內(nèi)充壓縮空氣和汽輪機(jī)油，二者保持3:1的比例，它是一個(gè)容積式的儲(chǔ)能器。

壓力油罐內(nèi)部裝有液位傳感器，用于反映壓力油罐油位的監(jiān)視，監(jiān)視數(shù)據(jù)送至油壓裝置控制系統(tǒng)再通過MB+網(wǎng)絡(luò)上送監(jiān)控系統(tǒng)。

該壓力油罐的優(yōu)點(diǎn)是:容量大、慣性小、反應(yīng)靈敏、沒有機(jī)械摩擦損失。缺點(diǎn)是:氣體容易被油液吸收。而當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到下限時(shí)，所吸收的氣體又分離出來混入系統(tǒng)液體中，使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，容易使調(diào)速器產(chǎn)生抽動(dòng)。氣體消耗量大，必須經(jīng)常補(bǔ)氣。為了防止氣體混入管道，不能利用其全部容積，且只能垂直安放，以確保氣體被封在殼體上部。還不宜與高速泵一起使用。

3.2 回油箱

回油箱是調(diào)速系統(tǒng)回油的匯集處，也是調(diào)速器系統(tǒng)清潔油的油源，并作為油泵出口閥組以及油泵的安裝基座。回油箱由鋼板焊接而成。

回油箱內(nèi)焊有濾油網(wǎng)架，用裝于框架內(nèi)的濾油網(wǎng)將回油箱內(nèi)腔分為污油區(qū)及凈油區(qū)，調(diào)速系統(tǒng)的回油流入污油區(qū)。箱內(nèi)裝有兩個(gè)濾網(wǎng)，可保證在清洗其一濾網(wǎng)時(shí)，清潔油不與污油混合。

在回油箱頂部裝有油位傳感器，用于回油箱油位的監(jiān)視，所采集數(shù)據(jù)送至油壓裝置控制系統(tǒng)再通過MB+網(wǎng)絡(luò)及時(shí)上送監(jiān)控系統(tǒng)。

3.3 油泵電機(jī)

用于將回油箱內(nèi)的無壓力油打至壓力油罐內(nèi)供調(diào)速系統(tǒng)使用。為保證供油的安全，柳洪水電站調(diào)速器油壓裝置采用了兩臺(tái)螺桿泵，用不同的啟動(dòng)定值對(duì)兩臺(tái)油泵的啟停進(jìn)行控制，當(dāng)壓力油罐油壓降至3.6Mpa時(shí)，啟動(dòng)主用泵對(duì)壓力油罐進(jìn)行打油，在油壓提升至4.0Mpa后停止油泵，當(dāng)油壓降低至3.4Mpa時(shí)候，啟動(dòng)備用油泵打油，油泵的主從關(guān)系由油壓裝置控制系統(tǒng)的PLC進(jìn)行控制，每啟動(dòng)一次就自動(dòng)進(jìn)行一次主備用的切換。

3.4 組合閥

柳洪水電站調(diào)速器油壓裝置組合閥包含了單向閥、卸荷閥、安全閥的功能。卸荷閥、安全閥分別裝在閥組的兩邊。

組合閥設(shè)有三個(gè)油口，分別和油泵、壓力油罐和回油箱相連。單向閥的作用是在油泵停止運(yùn)行后迅速關(guān)閉嚴(yán)密，防止壓力油罐內(nèi)的油回流至回油箱。在某些故障情況下，可能出現(xiàn)油泵啟動(dòng)后不停止的情況，此時(shí)油泵打出的壓力油油壓已超出壓力油罐的額定油壓， 安全閥動(dòng)作，將油泵打出的壓力油直接排回回油箱，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力油罐及整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)。

3.5 自動(dòng)化元件

柳洪水電站調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)的自動(dòng)化元件主要由壓力測(cè)控裝置、油位測(cè)控裝置構(gòu)成，主要采集壓力油罐的油壓、油位，回油箱的油位等數(shù)據(jù)，并送至油壓裝置控制系統(tǒng)PLC進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

3.5.1 壓力測(cè)控裝置

柳洪水電站調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置壓力測(cè)控裝置由壓力傳感器和壓力開關(guān)構(gòu)成，壓力傳感器和壓力開關(guān)均收集壓力油罐內(nèi)的油壓力，不同的是壓力傳感器以模擬量方式上送監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)壓力油罐的油壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，壓力開關(guān)主要上送的是開關(guān)量，用于控制油泵的啟停及事故低油壓時(shí)啟動(dòng)保護(hù)裝置。

3.5.2 油位測(cè)控裝置

由磁翻板液位計(jì)和液位變送器構(gòu)成，磁翻板液位計(jì)用于反映壓力油罐內(nèi)的實(shí)際油位，液位變送器用于反映回油箱內(nèi)的實(shí)際油位，其采集的數(shù)據(jù)均上送至裝置控制屏內(nèi)的PLC進(jìn)行處理。

3.6 補(bǔ)氣裝置

由于采用的是油氣混合式壓力油罐，油罐內(nèi)的氣體會(huì)有部分溶解于油中，在水輪機(jī)負(fù)荷的調(diào)節(jié)過程中，部分的高壓氣會(huì)通過壓力油釋放到外界;并且油壓裝置的閥門等處也會(huì)存在或大或小的漏氣現(xiàn)象，時(shí)間長了，壓力油罐內(nèi)的壓縮空氣就會(huì)明顯減少，造成油罐內(nèi)油氣比例的失調(diào)，為了維持油罐內(nèi)的油氣比在1:3左右而引入了補(bǔ)氣裝置。

現(xiàn)在比較流行的補(bǔ)氣方式有兩種:中間油罐補(bǔ)氣和自動(dòng)補(bǔ)氣裝置補(bǔ)氣。中間油罐補(bǔ)氣因?yàn)榧尤肓酥虚g油罐，其成本和可控制性及可靠性均不如自動(dòng)裝置補(bǔ)氣。柳洪水電站采用的補(bǔ)氣方式為自動(dòng)裝置補(bǔ)氣，由西安江河公司提供。它由兩個(gè)電磁閥、一個(gè)安全閥、一個(gè)排氣閥以及管件組成，通過自動(dòng)控制回路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)氣或關(guān)閉，以維持油壓裝置內(nèi)的氣、油比例在正常范圍。

3.7 控制系統(tǒng)

柳洪水電站調(diào)速器油壓裝置采用PLC控制，其主要作用有:顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警以及事件記錄等信息; 系統(tǒng)控制方式的切換和設(shè)備操作方式的切換; 油泵以及補(bǔ)氣閥的啟停操作，故障復(fù)位等。正常情況下，油泵及自動(dòng)補(bǔ)氣裝置的控制方式均切“自動(dòng)”，由PLC對(duì)油泵的啟停、自動(dòng)補(bǔ)氣裝置的開啟和關(guān)閉進(jìn)行自動(dòng)控制，其過程不需人為干預(yù)。特殊情況下，可將控制方式切“手動(dòng)”，由值班人員在現(xiàn)地通過控制屏上的按紐進(jìn)行控制。

4 存在問題及解決辦法

柳洪水電站調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置和球閥油壓裝置共用一個(gè)漏油箱，兩者的漏油均匯集到一個(gè)漏油箱，然后通過漏油泵打至球閥油壓裝置回油箱，此設(shè)計(jì)直接導(dǎo)致了調(diào)速系統(tǒng)油量的日漸減少，而球閥系統(tǒng)油量的日漸增加。如不能及時(shí)將球閥系統(tǒng)內(nèi)的油打回調(diào)速系統(tǒng)，將對(duì)兩系統(tǒng)均構(gòu)成極大威脅。現(xiàn)階段的解決辦法為通過外接油泵手動(dòng)將球閥油壓裝置回油箱內(nèi)的油打回至調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置回油箱來維持二者平衡，但此解決辦法明顯不符合電站自動(dòng)運(yùn)行的要求，考慮以后添加一條管路將漏油泵和調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置回油箱直接連接，通過閥門的切換來控制漏油的回收。

柳洪水電站每臺(tái)機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置、球閥油壓裝置及技術(shù)供水系統(tǒng)的控制均通過MB+網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控相連接，但是MB+網(wǎng)絡(luò)為一串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任意一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障將直接影響調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置和監(jiān)控系統(tǒng)之間的通信，此問題為電站設(shè)計(jì)問題，待以后技改時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。

柳洪水電站投產(chǎn)初期，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置的定值設(shè)定存在問題，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置幾乎從來沒有動(dòng)作過，完全由運(yùn)行人員進(jìn)行手動(dòng)補(bǔ)氣，后對(duì)其定值進(jìn)行了重新設(shè)定，通過一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)氣裝置動(dòng)作可靠，完全能滿足自動(dòng)補(bǔ)氣的要求。

5 結(jié)語

水電站機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的正常運(yùn)行，不但關(guān)系到電站機(jī)組的安全運(yùn)行，同時(shí)也關(guān)系到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。而作為壓力油源的提供者，油壓裝置的作用不言而喻。柳洪水電站調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置在機(jī)組投運(yùn)后，其功能完全滿足電站機(jī)組調(diào)節(jié)的需要，自2007年投運(yùn)至今，未發(fā)生過事故。可以說明，柳洪水電站調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置已經(jīng)趨于完善。同時(shí)，通過PLC對(duì)整個(gè)油壓裝置進(jìn)行控制，極大的提高了電站的自動(dòng)化程度，為實(shí)現(xiàn)電站“無人值班，少人值守”打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。