泰山抽水蓄能電站機(jī)組過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)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(jī)組過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)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(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置對(duì)原有機(jī)組過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級(jí),改造后的二級(jí)機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置為純機(jī)械液壓式轉(zhuǎn)速保護(hù)，可以不通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī)。本文闡述了改造實(shí)施方案和試驗(yàn)過(guò)程。

抽水蓄能電站；機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置

1 概述

泰山抽水蓄能電站機(jī)組采用了兩級(jí)過(guò)速保護(hù)：一級(jí)保護(hù)為電氣過(guò)速保護(hù)，保護(hù)整定值為117%，二級(jí)保護(hù)為機(jī)械過(guò)速保護(hù)，設(shè)定值為130%。原機(jī)械式過(guò)速開(kāi)關(guān)為離心鋼珠式轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)，通過(guò)雙端鉸接軸安裝在測(cè)速齒盤頂部，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)和超過(guò)設(shè)定的動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)，該離心開(kāi)關(guān)動(dòng)作帶動(dòng)一副微動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，動(dòng)作后結(jié)點(diǎn)信號(hào)引送至監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)組事故停機(jī),調(diào)速器緊急關(guān)閉。

原有的機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置不能實(shí)現(xiàn)純機(jī)械液壓保護(hù)，即必須要通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)，按現(xiàn)有安全技術(shù)規(guī)范需要通過(guò)改造實(shí)現(xiàn)這一功能。

2 改造方案

改造方案為拆除原有的機(jī)械轉(zhuǎn)速開(kāi)關(guān)，增加純機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)器，機(jī)組過(guò)速后，通過(guò)切換液壓系統(tǒng)油路，實(shí)現(xiàn)機(jī)組過(guò)速停機(jī)。

改造后的機(jī)組過(guò)速保護(hù)系統(tǒng)仍然為二級(jí)保護(hù)：一級(jí)為保留原有的電氣過(guò)速保護(hù)不作改變；二級(jí)為純機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)，動(dòng)作后直接切換調(diào)速器主配壓閥關(guān)機(jī)腔油路至回油，實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī)。機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的輔助接點(diǎn)仍引至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電氣和純機(jī)械液壓過(guò)速的雙重冗余。

兩級(jí)過(guò)速保護(hù)整定值與改造前一致，不作改變。由于抽水蓄能機(jī)組抽水工況下，機(jī)組轉(zhuǎn)速由變頻器控制，不存在過(guò)速可能，因此只需要對(duì)發(fā)電工況實(shí)施機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)。

2.1 機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置

機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置采用ALSTOM DEVSS機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置，它是一種離心飛逸式的純機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)器。由脫扣器、配壓閥、離心探測(cè)器、安裝環(huán)及其附件組成，其中脫扣器和配壓閥被組裝在一起，是一個(gè)整體。

離心探測(cè)器的核心元件是彈簧和離心塊（圖1），彈簧在工廠事先根據(jù)過(guò)速動(dòng)作時(shí)的離心力被預(yù)壓緊。離心探測(cè)器通過(guò)安裝環(huán)固定在機(jī)組大軸上，并可隨大軸的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)。當(dāng)離心探測(cè)器的離心塊在離心力的作用下，離心力大于彈簧的預(yù)緊力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生向外的位移，當(dāng)這個(gè)位移量等于或大于離心探測(cè)器和脫扣器擺輪之間的安裝間隙時(shí)，離心塊撞擊擺輪，使脫扣器產(chǎn)生脫扣動(dòng)作脫扣后，在彈簧扭力作用下，擺軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)凸輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)配壓閥的活塞桿運(yùn)動(dòng)切換油路。

圖1 離心探測(cè)器

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時(shí)，作用在探測(cè)器的離心塊上的離心力大于彈簧的預(yù)緊力，離心塊向外動(dòng)作撞擊棘輪，產(chǎn)生脫扣，使其在彈簧作用下在90°之內(nèi)旋轉(zhuǎn)（圖2）。系統(tǒng)安裝有一個(gè)配壓閥，凸輪通過(guò)牽引作用于配壓閥的棘輪，切換控制油路，從而改變機(jī)械過(guò)速裝置液制閥油路。

圖2 切向脫扣原理

2.2 液壓系統(tǒng)方案

結(jié)合泰山抽水蓄能電站調(diào)速器液壓系統(tǒng)現(xiàn)狀，將機(jī)械過(guò)速裝置通過(guò)液控閥串接在機(jī)組緊急停機(jī)回路中。具體串接在調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥至電液轉(zhuǎn)換器之間油管路處。如圖3所示，當(dāng)事故停機(jī)電磁閥和機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置切換閥中任意一個(gè)閥組發(fā)生切換動(dòng)作或者同時(shí)發(fā)生切換時(shí)，均能將調(diào)速器主配壓閥下腔控制油切換至回油，實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故停機(jī)。

圖3 機(jī)械過(guò)速加裝系統(tǒng)圖

3 安裝施工

3.1 機(jī)械過(guò)速保護(hù)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(jī)架上，為減少油管路長(zhǎng)度，位置選取在靠近水車室進(jìn)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(diào)節(jié)其位置。

為避免對(duì)水輪機(jī)軸進(jìn)行加工，離心探測(cè)器通過(guò)一個(gè)固定于水輪機(jī)大軸上的安裝環(huán)進(jìn)行安裝。安裝環(huán)上對(duì)稱固定有一個(gè)安裝塊與一個(gè)平衡塊，離心探測(cè)器通過(guò)尾端一個(gè)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(zhuǎn)的動(dòng)平衡。離心探測(cè)器與平衡塊安裝后，將安裝環(huán)的兩個(gè)半圓環(huán)安裝在下導(dǎo)油槽下方大軸上，使離心探測(cè)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(cè)頂點(diǎn)與離心探測(cè)器調(diào)節(jié)重塊頂點(diǎn)對(duì)齊。對(duì)齊后，緊固兩個(gè)半圓環(huán)之間的螺栓，將安裝環(huán)牢固的箍緊在大軸上。

在脫扣器復(fù)位狀態(tài)下，使用塞尺反復(fù)的測(cè)量脫扣器與離心探測(cè)器之間的距離，調(diào)節(jié)脫扣器的前后位置，當(dāng)棘輪外圓最外側(cè)頂點(diǎn)與離心探測(cè)器調(diào)節(jié)重塊頂點(diǎn)之間距離為1.5 mm時(shí)，緊固脫扣器與支架間的調(diào)節(jié)螺栓。

3.2 管路與閥塊的安裝

為盡量不改變?cè)惺鹿释C(jī)回路油管的走向、長(zhǎng)度、油管直徑和液壓油的流速，機(jī)械過(guò)速裝置通過(guò)一只椎20通徑的液動(dòng)換向閥串接在調(diào)速器緊急停機(jī)回路中，液動(dòng)換向閥及集成塊通過(guò)支架固定在水車室進(jìn)人門處鋁塑板內(nèi)的墻上。

以上部件安裝完成后，以脫扣器與配壓閥、液動(dòng)換向閥及集成塊、調(diào)速器集油箱、調(diào)速器油氣罐為基準(zhǔn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)械過(guò)速裝置所有設(shè)備安裝完成后，將所有管路以及閥門拆除后進(jìn)行了反復(fù)沖洗。

沖洗時(shí)，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(nèi)，一端連接濾油機(jī)進(jìn)油口，濾油機(jī)出油排至空油桶（208 L），用濾油機(jī)進(jìn)行反復(fù)沖洗。開(kāi)始沖洗時(shí)，為避免精過(guò)濾器堵塞以及提高沖洗效率，油僅流經(jīng)濾油機(jī)內(nèi)的粗濾芯（60μm），油桶內(nèi)的油循環(huán)7個(gè)循環(huán)后，將粗濾芯網(wǎng)換成精濾芯（3μm），再?zèng)_洗13個(gè)循環(huán)。

調(diào)速器油系統(tǒng)內(nèi)存有的顆粒雜質(zhì)不可大于15μm，沖洗時(shí)所用濾芯精度最小為3μm，經(jīng)過(guò)反復(fù)沖洗后基本可滿足該要求。調(diào)速器系統(tǒng)恢復(fù)后，將調(diào)速器油樣送至電科院檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果滿足調(diào)速器油精度大于八級(jí)的要求。

打壓試驗(yàn)時(shí)，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(guò)調(diào)節(jié)溢流閥調(diào)節(jié)打壓裝置出口壓力，調(diào)節(jié)管路內(nèi)充油壓力。打壓試驗(yàn)分階段進(jìn)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(shí)保壓30 min。

4 試驗(yàn)

4.1 出廠前整定值測(cè)試

離心飛擺在制造完成后，委托第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院對(duì)離心飛擺動(dòng)作值進(jìn)行檢驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示：裝置重復(fù)精度高，重復(fù)誤差小于0.5%，滿足國(guó)家規(guī)定要求。

4.2 加裝后導(dǎo)葉緊急關(guān)閉時(shí)間測(cè)試

由于液動(dòng)換向閥直接串接在緊急停機(jī)回路中，機(jī)械過(guò)速裝置的加裝有可能影響導(dǎo)葉緊急關(guān)閉的時(shí)間，從而對(duì)調(diào)速器系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此，機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置全部安裝后，需測(cè)試機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置加裝后導(dǎo)葉緊急關(guān)閉的時(shí)間。

將電調(diào)柜內(nèi)任一導(dǎo)葉開(kāi)度反饋信號(hào)接入錄波儀，兩端子間電壓隨著導(dǎo)葉開(kāi)度的變化而變化；動(dòng)作信號(hào)接入錄波儀。調(diào)速器系統(tǒng)恢復(fù)后，將導(dǎo)葉打到全開(kāi)，開(kāi)啟錄波器開(kāi)始錄波，按下緊急停機(jī)電磁閥，導(dǎo)葉全關(guān)后停止錄波，經(jīng)測(cè)試，緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間為13.84 s，與機(jī)械過(guò)速裝置加裝前緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間基本相同，說(shuō)明機(jī)械過(guò)速裝置加裝后，對(duì)導(dǎo)葉緊急關(guān)閉時(shí)間并無(wú)影響。

圖4 緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間為13.84 s

4.3 機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作導(dǎo)葉全關(guān)時(shí)間測(cè)試

將脫扣器行程開(kāi)關(guān)一常開(kāi)接點(diǎn)接入錄波儀，脫扣器動(dòng)作前常開(kāi)接點(diǎn)兩端有220 V電壓，動(dòng)作后短路無(wú)電壓；電調(diào)柜內(nèi)任一導(dǎo)葉開(kāi)度反饋信號(hào)接入錄波儀，兩端子間電壓隨著導(dǎo)葉開(kāi)度的變化而變化。

調(diào)速器系統(tǒng)恢復(fù)后，對(duì)機(jī)械過(guò)速裝置進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)，將導(dǎo)葉打到全開(kāi)，開(kāi)啟錄波器開(kāi)始錄波，手動(dòng)操作機(jī)械過(guò)速裝置，導(dǎo)葉全關(guān)后停止錄波。試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作流暢、無(wú)卡澀，機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間為13.48 s，機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間比緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的時(shí)間短0.36 s，說(shuō)明機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作后能夠快速有效的關(guān)閉導(dǎo)葉。

圖5 機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作到導(dǎo)葉全關(guān)的動(dòng)作時(shí)間為13.48 s

4.4 機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)

安裝完成后，結(jié)合泰山電站4號(hào)機(jī)組大修進(jìn)行了機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)。試驗(yàn)方案為機(jī)組負(fù)荷88%（220MW）時(shí)甩負(fù)荷，轉(zhuǎn)速升至117%時(shí)，機(jī)組電氣停機(jī)，根據(jù)機(jī)組的相關(guān)參數(shù)，機(jī)組依靠慣性轉(zhuǎn)速最高達(dá)到130%，可以檢測(cè)脫扣器是否能夠準(zhǔn)確動(dòng)作。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速升至129.7%時(shí)，脫扣器動(dòng)作，并且監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)出了跳機(jī)信號(hào)，試驗(yàn)證明機(jī)械過(guò)速裝置動(dòng)作整定值準(zhǔn)確無(wú)誤。

5 結(jié)論

改造后進(jìn)行的各類模擬試驗(yàn)和甩負(fù)荷真機(jī)動(dòng)作試驗(yàn)錄波數(shù)據(jù)證明：機(jī)械過(guò)速裝置在機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到130%時(shí)能夠可靠動(dòng)作，并且能夠迅速關(guān)閉導(dǎo)葉，機(jī)組參數(shù)與改造前未發(fā)生改變，證明改造是成功的。

[1]江 濤.影響機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作精度的幾點(diǎn)因素分析[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2016（4）.

[2]武漢安施通電氣有限公司.DEVSS機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置產(chǎn)品手冊(cè)[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(fā)電機(jī)組技術(shù)管理工作。