FC型主配壓閥在若水電站的改造與應(yīng)用

楊建偉，廖潤(rùn)，邵建林

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花617000）

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FC型主配壓閥在若水電站的改造與應(yīng)用

楊建偉，廖潤(rùn)，邵建林

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司二灘水力發(fā)電廠，四川攀枝花617000）

近年來，美國(guó)GE公司生產(chǎn)的FC型主配壓閥在大型及特大型機(jī)組調(diào)速器中廣泛應(yīng)用。為滿足若水電站的設(shè)計(jì)要求，我們結(jié)合FC型主配壓閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)分段關(guān)閉裝置進(jìn)行改造，以增加純手動(dòng)操作和自復(fù)中功能。其理念與方法可供其他電站引用參考。

FC型主配壓閥；分段關(guān)閉；手動(dòng)操作；自復(fù)中功能

0　引言

若水電站位于四川省攀枝花市，為雅礱江流域最末一個(gè)梯級(jí)電站，共裝設(shè)四臺(tái)單機(jī)容量150MW的軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組。若水電站屬于擔(dān)負(fù)調(diào)峰任務(wù)的大型電站，機(jī)組啟停及負(fù)荷的調(diào)整比較頻繁，對(duì)調(diào)速器性能要求非常高。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)采用進(jìn)口主配壓閥。

發(fā)達(dá)國(guó)家的電網(wǎng)較大，自動(dòng)化水平和設(shè)備可靠性高，調(diào)速器故障率低，而且即便出現(xiàn)故障，也可立即停機(jī)，因此并未設(shè)計(jì)純手動(dòng)操作及斷電自復(fù)中功能。而我國(guó)電力系統(tǒng)要求調(diào)速器必須具有純手動(dòng)操作功能，并且在出現(xiàn)故障或電源消失時(shí)調(diào)速器能保持?jǐn)嚯娗暗臓顟B(tài)，并維持開度和功率不變。因此我們需要在保留FC閥制造精度的前提下，對(duì)主配壓閥適當(dāng)改造并增加必要的部件，以保證FC閥能滿足國(guó)內(nèi)電站要求。

圖1　導(dǎo)葉主配結(jié)構(gòu)原理

1　FC閥結(jié)構(gòu)介紹

1.1FC閥結(jié)構(gòu)

軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組有兩套主配壓閥，而本次的改造僅僅針對(duì)導(dǎo)葉主配壓閥。若水電站調(diào)速器導(dǎo)葉主配壓閥型號(hào)為FC20000，閥芯直徑為250mm。導(dǎo)葉主配的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通過圖1我們可以看出，F(xiàn)C型主配壓閥實(shí)際是一個(gè)三位四通兩端液控的換向閥。其控制原理在于：兩個(gè)液控端液控面積不一樣，一面大一面小。小的一面稱為恒壓端，在正常工作時(shí)，只要主配壓閥輔助控制油路閥門打開，恒壓端就通有壓力油；大的一面稱為控制端，其壓力油來自主配壓閥的先導(dǎo)控制部分。當(dāng)控制端通壓力油，由于受力面積大，主配向左移動(dòng)，接力器往開機(jī)方向；當(dāng)控制端通回油，在恒壓端壓力油作用下，主配閥芯向右移動(dòng)，接力器往關(guān)機(jī)方向。

恒壓端有六角螺栓用于調(diào)整開機(jī)時(shí)間，當(dāng)螺桿往外擰，閥芯往左位移極限越大，主操作油過流量越大，開機(jī)越快；控制端組件中有關(guān)機(jī)時(shí)間調(diào)整機(jī)構(gòu)，外側(cè)螺桿往外旋越多，閥芯往右位移極限越大，主操作油過流量越大，關(guān)機(jī)越快；反之，減小開關(guān)機(jī)時(shí)間。FC閥分段關(guān)閉裝置也在控制端，當(dāng)機(jī)組關(guān)閉過程中到達(dá)拐點(diǎn)時(shí)，分段關(guān)閉裝置的壓力油投入，此時(shí)閥芯在右端的極限位置縮小，主操作油過流量減小，關(guān)機(jī)速度變慢。

FC閥的主要優(yōu)點(diǎn)在于采用獨(dú)特的水平布置，閥芯具有較快速的響應(yīng)性能；其次配壓閥的遮程非常小，一般小于0.2 mm，具有很高的控制精度，另外閥套上設(shè)計(jì)有工字型開口及不同數(shù)量的圓孔（與流量相匹配），閥具有很高的線性度；整個(gè)閥體采用了鑄造結(jié)構(gòu)，具有非常平滑的液壓油流道，大大降低了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中的液壓沖擊。而且閥體自帶分段關(guān)閉裝置，控制方式簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。

1.2FC閥分段關(guān)閉改造

FC閥為美國(guó)GE公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，主要面對(duì)國(guó)外市場(chǎng)，而國(guó)外電網(wǎng)與國(guó)內(nèi)又有所不同，F(xiàn)C閥并沒有針對(duì)國(guó)內(nèi)要求設(shè)計(jì)斷電自復(fù)中機(jī)構(gòu)；另外手動(dòng)控制時(shí)也不能采用純液壓方式，需要有可靠的電氣閉環(huán)手動(dòng)控制單元。為了更好發(fā)揮FC閥的功能，我們根據(jù)國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，將分段關(guān)閉裝置適當(dāng)改造。

原理很簡(jiǎn)單，就是將恒壓端組件的內(nèi)側(cè)螺栓向內(nèi)旋，使得分段關(guān)閉裝置可以將主配閥芯頂?shù)街虚g位，這樣當(dāng)分段關(guān)閉裝置通壓力油的時(shí)候，閥芯就會(huì)回到中間位置，從而實(shí)現(xiàn)定中的作用，根據(jù)其作用的改變，我們將此裝置重新命名為定中缸。定中缸的重新設(shè)計(jì)使得自復(fù)中和純手動(dòng)操作功能得以實(shí)現(xiàn)，具體工作原理在第二節(jié)會(huì)詳細(xì)介紹。而閥體本身自帶的分段關(guān)閉作用將通過外接分段關(guān)閉裝置來實(shí)現(xiàn)，具體工作原理見第三節(jié)。

圖2　導(dǎo)葉控制原理

2　若水電站導(dǎo)葉液壓控制系統(tǒng)

從圖2我們可以看出，若水電站的調(diào)速器導(dǎo)葉液壓控制系統(tǒng)包括兩個(gè)伺服比例閥SV1、SV2，切換閥EV1(切換伺服比例閥)，手動(dòng)增減輔助閥EV2，掉電自復(fù)中切換閥EV3（同時(shí)也是手動(dòng)增減輔助閥），手動(dòng)增加閥EV4，手動(dòng)減少閥EV5，緊急停機(jī)閥EV6、HV及主配壓閥FC20000。

2.1基本控制原理

1）正常情況下，微機(jī)通過伺服比例閥SV1控制主配FC來控制接力器的開關(guān)狀態(tài)。

2）若伺服比例閥SV1故障，微機(jī)自動(dòng)控制EV1切換到a端工作，伺服比例閥SV2工作，正常操作導(dǎo)葉接力器。

3）系統(tǒng)具有緊急停機(jī)閥，當(dāng)操作緊急停機(jī)按鈕，電磁閥EV6工作于a端，主配壓閥控制腔直接通回油，定中缸控制腔也通回油，由于主配左腔恒壓腔一直通壓力油，導(dǎo)葉往關(guān)方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。

2.2自復(fù)中說明

掉電自復(fù)中功能是通過切換閥EV3來控制的，EV3為兩位三通單線圈電磁換向閥，系統(tǒng)正常工作時(shí)，電磁線圈常帶電，EV3工作于a端，定中缸DZ的控制腔通回油，自復(fù)中功能未投入；當(dāng)系統(tǒng)掉電的情況下，EV3電磁線圈失電，在彈簧力作用下，EV3切換到b端工作，定中缸DZ控制腔通壓力油，使主配閥芯保持在中間位置，接力器保持在掉電前的位置，實(shí)現(xiàn)了掉電自復(fù)中功能。

2.3純手動(dòng)控制說明

在自動(dòng)控制環(huán)節(jié)還沒有完善或自動(dòng)失靈的情況下，如果需要?jiǎng)幼鹘恿ζ鳎瑒t可以通過手動(dòng)回路來實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)控制功能，由手動(dòng)增減輔助閥EV2、EV3，手動(dòng)增加閥EV4，手動(dòng)減少閥EV5組成。液壓調(diào)節(jié)柜切手動(dòng)后，手動(dòng)增減輔助閥EV3換向，定中缸DZ的控制腔為壓力油，使主配處于中間位置。然后，手動(dòng)增減輔助閥EV2換向，主配壓閥FC控制腔通回油。操作手動(dòng)增加閥EV4，控制腔通壓力油，主配往開方向動(dòng)作，接力器開啟；操作手動(dòng)減少閥EV5，定中缸DZ的控制腔為回油，主配往關(guān)方向動(dòng)作，接力器關(guān)閉。

3　分段關(guān)閉裝置

若水電站加裝的分段關(guān)閉裝置主要包括：分段關(guān)閉裝置本體、分段關(guān)閉液壓集成塊、分段關(guān)閉楔形板。其中，分段關(guān)閉裝置本體串聯(lián)安裝于接力器開操作油管上，分段關(guān)閉液壓集成塊安裝于接力器旁，分段關(guān)閉楔形板安裝在接力器活塞桿上，與活塞桿隨動(dòng)。分段關(guān)閉裝置采用電氣與機(jī)械雙冗余的拐點(diǎn)判斷方式。

3.1分段關(guān)閉裝置本體

分段關(guān)閉裝置本體由插裝閥C5、C6、液控?fù)Q向閥V3及電磁換向閥V2組成，具體如圖3所示：

圖3　分段關(guān)閉裝置本體

V3的液控端接受來自電磁換向閥V2、分段關(guān)閉裝置液壓集成塊的拐點(diǎn)位置液壓信號(hào)，當(dāng)液控閥V3的液控端接通回油時(shí)，分段關(guān)閉裝置投入，當(dāng)液控閥V3的液控端接通壓力油時(shí)，分段關(guān)閉裝置退出。

壓力繼電器KD可用于分段關(guān)閉裝置動(dòng)作時(shí)的報(bào)警。

分段關(guān)閉裝置退出時(shí)：插裝閥C5和C6的控制端均通回油，C5、C6閥芯打開，接力器在開機(jī)和關(guān)機(jī)過程中，油路均不受插裝閥節(jié)流，接力器關(guān)閉速率不受影響。

分段關(guān)閉裝置投入時(shí)：插裝閥C5控制端通壓力油，C5關(guān)閉，插裝閥C6的控制端通回油，C6打開。關(guān)機(jī)過程中，油路只能通過插裝閥C6回到回油箱，可以調(diào)節(jié)插裝閥C6的閥芯開口大小來調(diào)節(jié)接力器關(guān)閉速率。

這里有一點(diǎn)需要注意，分段關(guān)閉的輔助油路取自關(guān)操作油管，而并非直接來自壓力罐的輔助操作油路，這是因?yàn)樵?jīng)有電站出現(xiàn)以下情況，由于調(diào)保計(jì)算巧合，空載開度正好在分段關(guān)閉拐點(diǎn)上，機(jī)械拐點(diǎn)無法識(shí)別是開機(jī)過程還是關(guān)機(jī)過程，處于拐點(diǎn)范圍內(nèi)即觸發(fā)，所以開機(jī)過程空載狀態(tài)不穩(wěn)定，一會(huì)兒快一會(huì)兒慢。針對(duì)這一情況，我們?nèi)羲娬菊{(diào)速器分段關(guān)閉裝置設(shè)計(jì)中，將分段關(guān)閉裝置輔助壓力油（C5液控端壓力油源）取自關(guān)腔主操作油管（管路在關(guān)機(jī)過程通壓力油，開機(jī)過程通回油），讓分段關(guān)閉裝置只在關(guān)機(jī)過程作用，不影響開機(jī)過程。

3.2分段關(guān)閉拐點(diǎn)判斷

電氣判斷：當(dāng)接力器關(guān)閉至拐點(diǎn)位置時(shí)，電氣控制柜開出信號(hào)動(dòng)作電磁閥V2（圖3中的V2），V2換向使得去分段關(guān)閉裝置本體的液壓信號(hào)由壓力油變?yōu)榛赜停侄侮P(guān)閉裝置投入。

機(jī)械判斷：當(dāng)接力器關(guān)閉至拐點(diǎn)位置時(shí)，安裝于接力器活塞桿上的楔形塊碰觸行程換向閥V1，使得去分段關(guān)閉裝置本體的液壓信號(hào)由壓力油變?yōu)榛赜停侄侮P(guān)閉裝置投入。分段關(guān)閉液壓閥集成塊如圖4所示：

圖4　分段關(guān)閉液壓閥集成塊

4　結(jié)語(yǔ)

通過FC閥在若水電站的應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)，將分段關(guān)閉裝置調(diào)整為定中缸可以使FC閥具備斷電自復(fù)中和純手動(dòng)操作功能，但是為保證分段關(guān)閉功能我們需要在油路上另外裝設(shè)分段關(guān)閉裝置。通過這樣的改動(dòng)，我們可以在保留進(jìn)口閥組優(yōu)點(diǎn)的前期下，使之更符合國(guó)內(nèi)電站的設(shè)計(jì)要求。2015年3月若水電站首臺(tái)機(jī)組試運(yùn)行情況良好，調(diào)速系統(tǒng)性能優(yōu)良，充分證明我們的改造是成功的。此次FC閥的改造方案可供其他電站設(shè)計(jì)及運(yùn)行人員參考。

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TV734.4

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1672-5387（2016）02-0017-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.006

2015-04-18

楊建偉（1992-），男，助理工程師，主要從事水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器的設(shè)計(jì)與檢修工作。