淺談GC-150型過速限制和分段關閉裝置在紫蘭壩電站的實踐

方 仲 超，　吳 開 勝

(寶珠寺水力發電廠, 四川 廣元　628003)

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淺談GC-150型過速限制和分段關閉裝置在紫蘭壩電站的實踐

方 仲 超，吳 開 勝

(寶珠寺水力發電廠, 四川 廣元628003)

摘要：水輪發電機組過速保護系統主要是由事故配壓閥和純機械過速保護裝置組成。當機組發生過速時，機組的過速保護系統會按照設計流程準確動作及時關閉導葉接力器，以使機組停機，避免水輪發電機組發生飛逸現象。紫蘭壩電站GC-150型過速限制及分段關閉結構裝置至投運至今，結構性能比較穩定，發生事故時均能可靠動作。

關鍵詞：紫蘭壩電站；過速限制裝置；工作原理；開、關時間調整

1概述

紫蘭壩水電站位于四川省廣元市境內的白龍江干流上，電站安裝3臺由東方電機股份有限公司生產的燈泡貫流式機組，其水輪機型號為GZ(836)-WP-535，發電機型號為SFWG34-44/6020，額定功率34 MW，額定轉速136.4 r/min，額定水頭16.4 m。電站裝設3臺由東方電機公司生產的GC150型過速限制器及分段關閉裝置。其型號為GC-150-6.3，通徑為φ150 mm，額定工作油壓為6.3 MPa。當機組發生飛逸時，調速器因故障不能及時關機，動作事故配壓閥便推動主接力器關閉導葉。由于紫蘭壩電站工作閘門為尾水閘門，落尾水閘門時間約30 min，當發生事故時，落尾水閘門不能及時、有效地處置機組過速問題，故而過速限制器裝置的可靠動作便顯得尤為重要。

過速限制器是水電廠調速系統的重要組成部分，也是水輪機保護的核心設施之一，在水電廠中起到舉足輕重的作用。當水輪發電機組突然甩負荷時，又恰遇到調速器失靈，不能關機，此時機組轉速會迅速升高，甚至產生機組飛逸，如果在此工況超過5 min運行時限[1]，可能引起轉動部分變形而損壞。故而，過速限制器在電站設計及安裝中是重點考慮的設備之一。近年來，隨著水電站自動化元件的發展，GC型過速限制器及分段關閉裝置在水電廠廣泛應用。該裝置為方便維護而設計，將事故停機及分段關閉功能集成在一個閥塊上，安裝、維護、調試都很省事，相較其他滑閥式過速限制裝置，在機組檢修過程中也避免了拆除大量管路及設備，只需對插裝閥及液壓閥組進行清洗檢查，大大節約了檢修工作量和時間。

2過速限制裝置結構及工作原理

2.1裝置結構

GC-150型過速限制及分段關閉裝置是由二通插裝閥、一個電液換向閥GC、一個電液換向閥DG、保護關閉時間調節裝置，測壓接頭，6個外接法蘭，2個外接管路接頭等液壓元器件和閥塊組成。全部液壓元器件集中安裝在一個閥塊上，成為一個集成式機組過速限制裝置。

GC-150型機組過速限制裝置，具有電氣-液壓和機動-液壓雙重控制功能。它既能接受電站監控系統電氣控制信號進行機組保護關閉操作，又能在監控系統失靈、調速器失效、或操作電源消失的情況下，直接接收機械液壓過速保護裝置的機動換向閥的液壓控制信號。在水輪發電機組發生過速時，保護關閉機組，以保證設備安全、可靠[2]。

圖1為過速限制及分段關閉裝置俯瞰圖，從圖中可以看出機組過速限制裝置有8 個外接油口，8個油口分別通過法蘭與調速系統的管路進行連接，表1為各管路連接類別，圖2為閥體內主管路布置示意圖。此外，機組過速限制裝置上，還設有微型測壓接頭，可用于在現場調試時，監測壓力油源、接力器開腔、接力器關腔、外控液壓信號等關鍵位置的壓力。

圖1　GC150型過速限制及分段關閉裝置俯瞰平面框圖

圖2　過速限制及兩段關閉裝置閥體內主油管布置示意圖

2.2裝置工作原理

機組正常運行時，導葉接力器的開、關操作由調速器控制，過速限制及分段關閉僅作為調速器主配壓閥操作油的通道。其中插裝閥C3、C4關閉，C1、C2、C5和C6打開，來自調速器主配壓閥的控制油，一路經C1直接進入接力器關閉腔，另一路經C2、C6和C5進入接力器開啟腔。此時導葉接力器的開、關正常操作，由調速器主配壓閥控制。

當機組甩負荷，調速器發生事故拒動，機組轉速上升至額定轉速的115%，經過0.5 s的延時，需緊急關閉導葉接力器，避免事態擴展。此時，緊急停機電磁閥GC動作，油路發生切換，C1、C2關閉，關閉了來自調速器兩操作油管的液壓油；C3、C4打開，C4接通壓力油進入接力器關閉腔，接力器開啟腔中的液壓油經C6、C5、C3接通回油，作用接力器緊急關閉。C3專門用于現場調整插裝閥開口的大小，從而達到調整流量、調整緊急關閉的目的[3]。

圖3　過速限制裝置原理圖

圖3中，插裝閥C1、C2、C3、C4和電液換向閥GC完成機組過速限制功能；C5、C6和電液換向閥DG完成機組兩段關閉功能。機組正常運行時，兩段關閉功能切除，插裝閥C5、C6打開，僅作為調速器主配壓閥的通道。一旦機組甩負荷，調速器或過速限制裝置緊急關閉，導葉接力器關閉至預先設定的拐點，兩段關閉功能投入，此時電磁換向閥DG動作，內控油路切換，C6關閉；當調速器主配壓閥緊急關機時，接力器開啟腔經C5、C2和調速器主配壓閥接通；當調速器故障，過速限制裝置緊急關機時，接力器開啟腔經C5、C3接通回油。因C5也是行程可調插裝閥，故可通過調整其開口大小改變流過該閥的流量和調節接力器的關閉時間。紫蘭壩電站第二段關閉拐點的位置為接力器行程的25%。圖中所示的兩個快速測試接頭，可用于機組調試時監視導葉接力器開啟腔與關閉腔的油壓。

2.3純機械過速保護裝置結構原理

紫蘭壩電站機械過速保護裝置包括兩個主要部件：一是安裝在發電機小軸上的安裝環和離心飛擺裝置，二是安裝在泡頭檢修平臺處的液壓閥脫扣裝置。離心飛擺裝置和液壓閥的安裝間隙控制在1.5 mm-3 mm之間即可[4]。當機組的過速時，轉速達到額定轉速的140%，離心飛擺克服預緊力向外運動，當向外的運動量達到或大于飛擺與脫扣器觸發機構的間隙時，觸動觸發機構，進而帶動液壓閥組切換工作油路，實現事故停機，液壓脫扣器只能手動復位。

在機組過速限制裝置上，設有外控油口X0。正常狀態下，外控油口X0是通過機械液壓保護裝置的換向閥與壓力有源相連接，即外控油口X0是有壓狀態。當水輪機過速時，換向閥切換，外控油口X0通過換向閥與回油相通，電液換向閥GC動作，油路發生切換，機組過速限制裝置自動將機組關閉，達到機械液壓過速保護關閉機組的目的。

3過速限制裝置開、關時間調整

通過過速裝置結構原理分析可知，在機組正常運行過程中，過速限制及分段關閉僅作為調速器主配壓閥操作油的通道。故而機組的正常開機時間可以通過調節主配壓閥的限開螺栓進行調整，在此不進行贅述。

導葉的緊急關閉過程分成兩段或多段，甩負荷時，轉速上升率與水壓上升率是一對嚴重的矛盾[5，當機組甩負荷時，要求導葉以較快的速度關閉，以避免機組轉速升的太高，但在導葉關閉到一定的開度時(空載開度附近)，進入水輪機的流量已經顯著減小，機組轉速升高就不是主要矛盾了，為了避免引水系統內水壓上升超過允許值，導葉關閉的速度必須減緩。

紫蘭壩電站為兩段關閉裝置，接力器行程100%-25%關閉時間為7.5 S, 接力器行程25%-0%關閉時間為7.5 S,總計15 S。在實際調整過程中，導葉的最短關閉時間應滿足調保計算要求，其偏差應控制在規定至的-5%-10%范圍內[6]。紫蘭壩的關閉拐點是通過在控制環處安裝行程接點來判斷接力器的行程，當接力器關閉至25%時，行程接點可靠動作，當接力器開度超過25%時，行程接點自動復歸，故而在開關機調整過程中，兩段關閉時間調整是相對獨立的。

3.1事故停機時間的調節

考慮到電站廠用交直流供電系統發生故障從而可能會導致調速器電液GC、DG失去電源的情況，純機械過速保護裝置動作的優先級更高，所以，純機械過速保護裝置在機組過速后應可靠動作。在導葉關閉規律上也應滿足調節保證計算的要求。事故關機時間調整由過速限制及分段關閉裝置C3與C5共同調整，第一段關閉時間調整通過調整插裝閥C3的預緊螺栓調整，第二段關閉時間通過調整插裝閥C5的預緊螺栓進行調整，其中預緊螺栓調節行程為 0-25 mm。值得注意的是關機時間一般為兩段關閉，在調節過程中應分別對兩個階段進行調整。調節步驟為：

表1　事故停機關機時間調整工藝

3.2緊急關機時間的調節

調速器緊急關機是由主配壓閥和過速限制及分段關閉裝置共同作用的，主配壓閥控制機組的第一段關閉時間，過速限制裝置及分段關閉裝置控制機組的第二段關閉時間，第一段關閉時間調整通過調整主配壓閥的限關螺栓進行調整，第二段關閉時間通過調整插裝閥C5的預緊螺栓進行調整。其調節步驟與事故停機時間一致，不同點是表1的項4通過調整主配閥限關螺栓來控制主配的開口度，動作主配停機電磁閥來快速關閉導葉，來驗證機組的緊急關機時間。

4結語

對紫蘭壩電站GC-150型過速限制及分段關閉結構裝置至投運至今，結構性能比較穩定，發生事故時均能可靠動作，但由于維護人員對GC型過速限制器理解不夠，調整維護欠妥，加之過速液壓閥和電液換向閥等控制油路未設置過濾器等原因，發生電液換向閥發卡及調試時關機時間不穩定，事故配壓閥電液換向閥發卡卡在了復歸側等現象，建議過速液壓閥和電液換向閥等控制對油質要求較高部件前增設高精度油過濾器。此外，由于純機械過速動作過程不涉及電氣回路，可保證機組在各種異常情況下都能快速關閉導葉，能有效防止飛逸事故的發生，所以，在調試過程

中，也應關注液壓系統觸動純機械時的關機時間，保證機組發生故障時可靠動作。

參考文獻：

[1]大中型水輪發電機基本技術條件[M].2010.

[2]GC150型機組過速限制裝置使用說明書[M]. Y499 東方電機控制設備有限公司，2010.

[3]劉青，王聲國 . 6.3Mpa油壓等級的過速限制及兩段關閉裝置設計[J]. 東方電機，1999，41(4)：37-40 .

[4]江濤. 安裝間隙對于機械過速保護裝置的影響[M]. 第十九次水電設備學術討論會論文集. 黑龍江科學技術出版社，2012(04): 557-559.

[5]張城，陳國慶.水輪發電機組檢修，中國電力出版社，2011.

[6]李寶英，李躍春.水輪機調速器檢修，中國電力出版社，2012，274-275.

(責任編輯：卓政昌)

猴子巖水電站完成智能電站三維設計

日前，大渡河猴子巖水電站組織開展智能機電安裝“三維信息設計”技術交底，標志著猴子巖智能機電三維信息設計進入實戰階段，其機電安裝工程將從傳統二維設計安裝管理向三維仿真可視化、信息化安裝轉變。猴子巖智能機電三維信息設計是“智慧大渡河”建設的重要組成部分，也是猴子巖智慧電廠建設的基礎。智能機電三維信息設計通過構建三維模型，信息共享，仿真預演，在設計源頭減少機電設備布置方案的錯漏、碰撞及空缺，減少施工過程中的返工及與土建工程的施工沖突，提高安裝質量，縮短安裝周期;智能機電三維信息設計可全面匯集工程全周期多類型數據，集成電站設計信息、設備屬性信息、安裝信息、試驗信息，為電廠運行維護和檢修提供決策依據，并預留滿足電站后續智慧運維所需的在線監測數據的接口。

總經理訪談

方仲超(1985-)，男，陜西榆林人，畢業于西北農林科技大學熱能與動力工程專業，工程師，從事技術管理及項目管理工作；

吳開勝(1985-)，男，四川綿陽人，畢業于河北工程大學熱能與動力工程專業，工程師 ，從事技術管理及班組管理工作.

作者簡介:

文章編號:1001-2184(2016)02-0105-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:R441.4；S225.2；TS914.3+3

收稿日期:2016-03-10