泰山抽水蓄能電站機組過速保護系統的改造

張西克，谷文涌，江 濤

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限公司，山東 泰安 271000；2.武漢安施通電氣有限公司，湖北 武漢 430072）

泰山抽水蓄能電站機組過速保護系統的改造

張西克1，谷文涌1，江 濤2

（1.山東泰山抽水蓄能電站有限公司，山東 泰安 271000；2.武漢安施通電氣有限公司，湖北 武漢 430072）

泰山抽水蓄能電站采用純機械過速保護裝置對原有機組過速保護系統進行了改造升級,改造后的二級機械過速保護裝置為純機械液壓式轉速保護，可以不通過監控系統實現機組事故停機。本文闡述了改造實施方案和試驗過程。

抽水蓄能電站；機械過速保護裝置

1 概述

泰山抽水蓄能電站機組采用了兩級過速保護：一級保護為電氣過速保護，保護整定值為117%，二級保護為機械過速保護，設定值為130%。原機械式過速開關為離心鋼珠式轉速開關，通過雙端鉸接軸安裝在測速齒盤頂部，當轉速到達和超過設定的動作轉速時，該離心開關動作帶動一副微動開關動作，動作后結點信號引送至監控系統，機組事故停機,調速器緊急關閉。

原有的機械過速保護裝置不能實現純機械液壓保護，即必須要通過計算機監控系統才能實現事故停機，按現有安全技術規范需要通過改造實現這一功能。

2 改造方案

改造方案為拆除原有的機械轉速開關，增加純機械液壓過速保護器，機組過速后，通過切換液壓系統油路，實現機組過速停機。

改造后的機組過速保護系統仍然為二級保護：一級為保留原有的電氣過速保護不作改變；二級為純機械液壓過速保護，動作后直接切換調速器主配壓閥關機腔油路至回油，實現機組事故停機。機械過速保護裝置的輔助接點仍引至計算機監控系統，實現電氣和純機械液壓過速的雙重冗余。

兩級過速保護整定值與改造前一致，不作改變。由于抽水蓄能機組抽水工況下，機組轉速由變頻器控制，不存在過速可能，因此只需要對發電工況實施機械液壓過速保護。

2.1 機械過速保護裝置

機械過速保護裝置采用ALSTOM DEVSS機械過速保護裝置，它是一種離心飛逸式的純機械液壓過速保護器。由脫扣器、配壓閥、離心探測器、安裝環及其附件組成，其中脫扣器和配壓閥被組裝在一起，是一個整體。

離心探測器的核心元件是彈簧和離心塊（圖1），彈簧在工廠事先根據過速動作時的離心力被預壓緊。離心探測器通過安裝環固定在機組大軸上，并可隨大軸的旋轉而運動。當離心探測器的離心塊在離心力的作用下，離心力大于彈簧的預緊力時，會產生向外的位移，當這個位移量等于或大于離心探測器和脫扣器擺輪之間的安裝間隙時，離心塊撞擊擺輪，使脫扣器產生脫扣動作脫扣后，在彈簧扭力作用下，擺軸發生旋轉，帶動凸輪產生旋轉，從而推動配壓閥的活塞桿運動切換油路。

圖1 離心探測器

當機組轉速達到設定值時，作用在探測器的離心塊上的離心力大于彈簧的預緊力，離心塊向外動作撞擊棘輪，產生脫扣，使其在彈簧作用下在90°之內旋轉（圖2）。系統安裝有一個配壓閥，凸輪通過牽引作用于配壓閥的棘輪，切換控制油路，從而改變機械過速裝置液制閥油路。

圖2 切向脫扣原理

2.2 液壓系統方案

結合泰山抽水蓄能電站調速器液壓系統現狀，將機械過速裝置通過液控閥串接在機組緊急停機回路中。具體串接在調速器緊急停機電磁閥至電液轉換器之間油管路處。如圖3所示，當事故停機電磁閥和機械過速保護裝置切換閥中任意一個閥組發生切換動作或者同時發生切換時，均能將調速器主配壓閥下腔控制油切換至回油，實現機組事故停機。

圖3 機械過速加裝系統圖

3 安裝施工

3.1 機械過速保護裝置的固定安裝

脫扣器與配壓閥為一體，將其支架焊接在水車室上方的下機架上，為減少油管路長度，位置選取在靠近水車室進人門處。脫扣器及配壓閥與支架之間采取螺栓固定，并且可以前后調節其位置。

為避免對水輪機軸進行加工，離心探測器通過一個固定于水輪機大軸上的安裝環進行安裝。安裝環上對稱固定有一個安裝塊與一個平衡塊，離心探測器通過尾端一個M20的螺栓固定于安裝塊上，配重安裝在平衡塊上，以保證大軸旋轉的動平衡。離心探測器與平衡塊安裝后，將安裝環的兩個半圓環安裝在下導油槽下方大軸上，使離心探測器離心塊中心和脫扣器擺輪水平中心線在同一水平高層，并將棘輪外圓最外側頂點與離心探測器調節重塊頂點對齊。對齊后，緊固兩個半圓環之間的螺栓，將安裝環牢固的箍緊在大軸上。

在脫扣器復位狀態下，使用塞尺反復的測量脫扣器與離心探測器之間的距離，調節脫扣器的前后位置，當棘輪外圓最外側頂點與離心探測器調節重塊頂點之間距離為1.5 mm時，緊固脫扣器與支架間的調節螺栓。

3.2 管路與閥塊的安裝

為盡量不改變原有事故停機回路油管的走向、長度、油管直徑和液壓油的流速，機械過速裝置通過一只椎20通徑的液動換向閥串接在調速器緊急停機回路中，液動換向閥及集成塊通過支架固定在水車室進人門處鋁塑板內的墻上。

以上部件安裝完成后，以脫扣器與配壓閥、液動換向閥及集成塊、調速器集油箱、調速器油氣罐為基準，根據現場情況加裝油管路。管路之間采用焊接式接頭連接，管路與管接頭之間的焊接全部采用氬弧焊。

機械過速裝置所有設備安裝完成后，將所有管路以及閥門拆除后進行了反復沖洗。

沖洗時，將所有椎30的管路連接在一起，一端連接軟管插入裝滿透平油的油桶（208 L）內，一端連接濾油機進油口，濾油機出油排至空油桶（208 L），用濾油機進行反復沖洗。開始沖洗時，為避免精過濾器堵塞以及提高沖洗效率，油僅流經濾油機內的粗濾芯（60μm），油桶內的油循環7個循環后，將粗濾芯網換成精濾芯（3μm），再沖洗13個循環。

調速器油系統內存有的顆粒雜質不可大于15μm，沖洗時所用濾芯精度最小為3μm，經過反復沖洗后基本可滿足該要求。調速器系統恢復后，將調速器油樣送至電科院檢驗，檢驗結果滿足調速器油精度大于八級的要求。

打壓試驗時，將管路連接在一起，一頭用堵頭堵死，另一頭連接打壓裝置出口，通過調節溢流閥調節打壓裝置出口壓力，調節管路內充油壓力。打壓試驗分階段進行，分別將壓力打至2 MPa、4 MPa、6 MPa以及7.5 MPa，壓力為7.5 MPa時保壓30 min。

4 試驗

4.1 出廠前整定值測試

離心飛擺在制造完成后，委托第三方檢驗機構，國網湖南省電力公司電力科學研究院對離心飛擺動作值進行檢驗。

試驗結果顯示：裝置重復精度高，重復誤差小于0.5%，滿足國家規定要求。

4.2 加裝后導葉緊急關閉時間測試

由于液動換向閥直接串接在緊急停機回路中，機械過速裝置的加裝有可能影響導葉緊急關閉的時間，從而對調速器系統產生影響。因此，機械過速保護裝置全部安裝后，需測試機械過速保護裝置加裝后導葉緊急關閉的時間。

將電調柜內任一導葉開度反饋信號接入錄波儀，兩端子間電壓隨著導葉開度的變化而變化；動作信號接入錄波儀。調速器系統恢復后，將導葉打到全開，開啟錄波器開始錄波，按下緊急停機電磁閥，導葉全關后停止錄波，經測試，緊急停機電磁閥動作到導葉全關的動作時間為13.84 s，與機械過速裝置加裝前緊急停機電磁閥動作到導葉全關的動作時間基本相同，說明機械過速裝置加裝后，對導葉緊急關閉時間并無影響。

圖4 緊急停機電磁閥動作到導葉全關的動作時間為13.84 s

4.3 機械過速裝置動作導葉全關時間測試

將脫扣器行程開關一常開接點接入錄波儀，脫扣器動作前常開接點兩端有220 V電壓，動作后短路無電壓；電調柜內任一導葉開度反饋信號接入錄波儀，兩端子間電壓隨著導葉開度的變化而變化。

調速器系統恢復后，對機械過速裝置進行動作試驗，將導葉打到全開，開啟錄波器開始錄波，手動操作機械過速裝置，導葉全關后停止錄波。試驗過程中，機械過速裝置動作流暢、無卡澀，機械過速裝置動作到導葉全關的動作時間為13.48 s，機械過速裝置動作到導葉全關的動作時間比緊急停機電磁閥動作到導葉全關的時間短0.36 s，說明機械過速裝置動作后能夠快速有效的關閉導葉。

圖5 機械過速裝置動作到導葉全關的動作時間為13.48 s

4.4 機組過速試驗

安裝完成后，結合泰山電站4號機組大修進行了機組過速試驗。試驗方案為機組負荷88%（220MW）時甩負荷，轉速升至117%時，機組電氣停機，根據機組的相關參數，機組依靠慣性轉速最高達到130%，可以檢測脫扣器是否能夠準確動作。

試驗發現轉速升至129.7%時，脫扣器動作，并且監控系統報出了跳機信號，試驗證明機械過速裝置動作整定值準確無誤。

5 結論

改造后進行的各類模擬試驗和甩負荷真機動作試驗錄波數據證明：機械過速裝置在機組轉速達到130%時能夠可靠動作，并且能夠迅速關閉導葉，機組參數與改造前未發生改變，證明改造是成功的。

[1]江 濤.影響機械過速保護裝置動作精度的幾點因素分析[J].水電站機電技術，2016（4）.

[2]武漢安施通電氣有限公司.DEVSS機械過速保護裝置產品手冊[Z].

TV734

：B

：1672-5387（2017）03-0054-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.017

2016-12-09

張西克（1982-），男，工程師，從事水輪發電機組技術管理工作。