長龍水電廠水輪機調速器及接力器的改造

張家勇

摘 要：長龍水電廠水輪機調速器存在著操作工不足、接力器漏油和檢修不便等諸多問題，文章結合長龍水電廠水輪機調速器及接力器的改造，分析設備問題的成因并提出相應的解決方法，改造取得了圓滿成功，可供電廠改造或新建電廠調速器選型安裝學習參考。

關鍵詞：長龍水電廠；調速器；接力器；技術改造

引言

長龍水電廠位于廣東省蕉嶺縣石窟河干流上，電廠裝有一臺4.0MW混流式水輪發電機組，水輪機型號HLA244-LJ-120，于1994年投產。機組投運后，水輪機調速器系統雖然不斷進行完善，但仍然出現許多不利于機組安全運行的因素，突出表現在調速器輸出的調速功不足、調速器主配壓閥頻繁抽動等，為了消除上述調速器故障隱患，提高電站的自動化程度和設備可靠性，減輕值班人員的勞動強度，電廠決定對水輪機調速器及接力器進行技術升級改造。

1 調速器介紹及存在的問題

水輪機調速器的主要作用是調節水輪機轉速的設備，是水輪發電機組重要附屬設備之一，能使機組轉速保持恒定并承擔啟動、停機、緊急停機、增減負荷等任務。調速器主要由調速柜（電氣柜和機械柜）、接力器、油壓裝置三大部分組成。長龍水電廠自投運以來，水輪機調速器一直不斷進行完善。目前，電廠使用的調速器是微機調速器，型號為DZYWT-1800，PLC采用三菱公司的FX2N系列可編程控制器，電液轉換器采用交流電機伺服裝置，交流伺服電機通過滾珠螺旋自復中裝置直接連接主配壓閥，接力器額定工作壓力為6.0 MPa。調速器電氣柜、接力器和油壓裝置均布置在發電機層機墩旁，接力器布置在集油槽油箱內部，固定在集油槽油箱側壁上，接力器推拉桿伸出集油槽油箱外面與傳動軸連接，傳動軸引到水輪機層與導水葉控制環推拉桿連接，這樣接力器就可以通過控制傳動軸轉動來控制水輪機導葉動作，油壓裝置采用皮囊式蓄能罐。水輪機調速器機械液壓原理圖如圖1所示。

水輪機調速器在經過多年的運行后，主要出現了以下問題：

（1）調速器運行中經常出現抽動現象，易造成滾珠螺旋自復中裝置卡阻，且漏油量大，油泵電機經常啟動。

（2）水輪機調速器接力器調速功僅有1800kg.m，不滿足水輪發電機組設計所需調速功為3000kg.m的要求。2010年，為了提高接力器調速功，以滿足水輪發電機組調節性能的要求，電廠將額定工作油壓由6.0 MPa提高到了7.0 MPa。

（3）油壓提高后，明顯感覺到接力器推拉桿的剛性不夠，存在安全隱患，而且接力器活塞環及作用筒密封盤根容易損壞，接力器推拉桿軸銷與作用筒之間密封處滲油。

（4）由于接力器布置在集油箱內，不易于觀察，出現問題無法及時發現。檢修維護接力器時，需拆除并吊走安裝在集油槽油箱蓋板的調速器電氣柜，拆開集油槽油箱蓋板，而且集油槽油箱內部檢修空間狹小，檢修人員不易于展開工作，檢修維護很不方便。

以上問題已經嚴重影響了水輪發電機組安全可靠運行，并增加了檢修維護工作量，需要對水輪機調速器及接力器進行改造。

2 改造方案

（1）調速器的選擇及更換。由于可編程微機調速器DZYWT-3000功能上滿足電廠選型需要，而且與當前使用的調速器DZYWT-1800是同系列產品，只須更換與其匹配的交流伺服機和主配壓閥即可，原有調速機電氣柜可以不作改變，這樣選擇可以減少經濟成本和改造工程量，因此電廠決定采用DZYWT-3000型可編程微機調速器。該調速器不僅技術性能優越，而且機構新穎，結構簡單，抗油污能力強，靜態耗油量小，是一種新型水輪機調速設備.對于新建的中、小型電站或者老電站的調速器技術改造都具有很強的實用性。DZYWT-3000型可編程微機調速器主要功能特如下：

a.該調速器系統結構簡潔合理，運行穩定可靠，技術性能指標優良，便于維護修理；機械液壓隨動系統采用標準的工業液壓元件組成，運行可靠，維護簡單。

b.采用皮囊式蓄能器，由于油氣隔離，不需補氣也可長期工作，減少調速器運行時日常維護工作量。

c.采用了高性能的可編程控制器作為調節器的硬件，平均無故障時間MTBF≥30000小時。

d.采用彩色觸摸屏作為調速器與運行人員的人機接口，具有顯示信息量大、清晰、準確、操作方便等優點。

e.調速器具有多種運行模式，如頻率調節、開度調節、水位控制和功率調節等，能適應不同運行工況的要求。

f.設有電氣開度限制，操作靈活，運行可靠，且易于實現自動-手動的無條件，無擾動轉換。

h.具有與上位機的通訊接口，便于實現電站計算機控制。

（2）接力器的設計與更換。現有調速器接力器調速功僅有1800kg.m，實際上水輪發電機組所需調速功達3000kg.m，因此需要對接力器重新進行設計。最終選定的接力器參數：液壓缸最大行程 S=360mm，缸徑=φ200mm，桿徑=φ100mm，接力器容量=8.5L，工作油壓=6.0Mpa。為便于觀察接力器的日常運行和檢修維護，將接力器布置在水輪機層機墩外，取消原有內置于集油箱內時所需要的傳動軸，按照改造要求重新設計、生產接力器和控制推拉桿之間連接的傳動軸。

（3）根據接力器的布置要求重新設計機械液壓系統管路。

（4）油泵、皮囊式蓄能器、集油槽油箱及其它結構保持不變。

改造后的調速器機械液壓原理圖如圖2所示。

3 試驗情況

3.1 靜特性試驗

靜特性試驗主要目的是檢查調速器轉速死區和非線性度。將調速器處于自動空載狀態，設定參數Bp=6%，Bt=20%、Td=5s、Tn=0s，機頻從50Hz開始每隔0.3Hz變化一次，使接力器單調上升或下降，記錄機頻和相應的導葉行程值，頻率、導葉行程如圖3所示。

靜特性試驗

試驗結果：轉速死區ix<0.02%（國家標準要求小型調速器ix≤0.10%），符合要求。

3.2 空載擺動試驗

試驗要求：手動空載工況下測定機組在3min內的轉速擺動值，其擺動相對值不超過0.3%。測得數據fmax=50.67Hz，fmin=50.49Hz，求得△f=（fmax-fmin）/2■×100%=0.18%≤0.3%，符合標準要求，試驗合格

3.3 自動開停機試驗

試驗要求：自動開停機過程中，要求動作迅速，開機時超調量不超過±0.5Hz，無波動停機時接力器全關時間不得大于4s。給開機令，導葉開度由0開至20%，機組穩定后再給停機令，整個過程中各項數據符合標準要求，試驗合格。

3.4 甩負荷試驗

設置調速器空載調節參數：Bt=22；Td=6；Bp=4；Tn=0.10。甩100%負荷時，機組最高轉速上升為38%，滿足調保計算轉速上升率不大于45%的要求；蝸殼水壓上升率41%，滿足調保計算不大于50%的要求；在轉速變化過程中，超過額定轉速3%以上的波峰不超過2次，從機組甩負荷起，到機組相對偏差小于±1%為止的時間比值不大于15。甩100% 負荷過程各項指標滿足國標要求。

4 改造效果

可編程微機調速器及接力器的更換改造，提高了水輪機調速器系統對速動性、安全性和可靠性的要求，減少了檢修維護工作量，具體改造效果如下：

（1）采用DZYWT-3000可編程微機調速器，相較于之前的

DZYWT-1800微機調速器，伺服電機輸出功率高，工作更穩定、可

靠。

（2）調速器接力器調速功由1800kg.m提升到3000kg.m，達到設計值，提高了調速器系統的動作可靠性和安全性。

（3）油壓裝置額定工作壓力由7.0Mpa降回到6.0Mpa，緩解了調速器系統的金屬疲勞損傷。

（4）接力器由原來布置在封閉的集油槽油箱內改為布置在水輪機層機墩外，易于觀察設備運行情況，檢修接力器時可以直接對接力器本體進行檢修，省掉了排壓力油、解體調速器等麻煩工序，大大改善了檢修維護條件，降低了工作勞動強度、檢修時間和檢修成本。

（5）取消原有布置所需調速軸，接力器直接與控制環推拉桿連接，簡化了機械結構，提高了調速器系統的速動性。同時，設備比以前更簡單美觀，騰出了廠房工作空間。

5 結束語

長龍水電電廠水輪機調速器及接力器改造后所有技術指標均達到了改造技術協議和國家及行業標準要求，達到了改造的目的，本次改造是成功的。

參考文獻

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