水電站中機械液壓過速保護系統的應用

李猛

（柬埔寨水電開發有限公司，湖北 襄陽 441804）

在經濟快速發展的情況下，電力行業的負擔越來越大，建設大型水電站可以有效的緩解電力供應壓力。隨著水電站建設環境的不同，水的流速也會存在一定的差距。在一些較為特殊的情況下，水力發電機組的轉速可能會大幅度超過標準值，造成事故的發生。因此，人們對發電機組過速保護設備的關注度越來越高，機械液壓過速保護系統具有非常高的保護性能，可以有效的避免過速故障的發生。

1 機械液壓過速保護系統的作用

在水電站的工作過程中，發電機組具有著關鍵性的作用，如果發生故障，就會嚴重的影響水電站的穩定工作，還有可能導致發電機組發生飛逸的大型事故，造成嚴重的經濟損失。基于此種情況，可以得出在水電站的設計過程中，發電機組的保護系統設計是重中之重。

在水電站進行發電的工作中，時常會出現發動機轉子速度過快的問題，在發生這種情況時，通常是使用專用設備調速器進行調整。如果調速器已經不能夠控制，發電機轉子的速度沒有降低到正常的水平，這時發電機組的轉速監測設備就發出信號啟動過速保護系統，將發電機組的進水管道封閉使轉子停止，達到對水電站發電機組的保護效果。根據當下的實際應用情況，國內的水電站大部分使用的都是電氣控制過速保護系統，它是一種電氣自動化控制系統，可以使用計算機監測，但是此系統必須依靠專用的發電機測速設備，如果測速設備發生故障的同時又發生過速問題，則此系統將無法起到保護效果。另一方面，電氣控制過速保護系統在運行工作時需要使用電能，因此如果水電站的供電出現問題，也會導致此系統無法起到有效的保護作用。在水電站的實際運行工作中，發電機組過速是非常嚴重的問題，不盡快處理就極可能導致大型飛逸事故，不僅會使企業出現經濟損失，還會對工作人員的人身安全造成威脅。機械液壓過速保護系統具有操作簡單、建造便捷、成本低廉以及其它多種性能優勢，最重要的一點是，機械液壓過速保護系統在進行保護工作時，不需要配備電能供應設備，所以在水電站中具有非常好的應用前景。而且機械液壓過速保護裝置不需要使用專用設備對發電機的轉速進行監測，而是使用其系統自帶的離心探測設備進行轉速監測，如果發電機組的轉速過快，保護系統就會控制啟動液壓設備以封閉進水管道，使轉子停止轉動，有效防止水電站發電機組飛逸事故，提高水電站運轉的安全性。

2 機械液壓過速保護系統的工作原理以及特點

機械液壓過速保護系統通常由四個部分組成，分別為離心探測器、切換閥、脫扣器和機械位置開關，其中離心探測器的主要作用是實時的監測發電機組的運轉速度，通常會放置在大型發電機組的旋轉主軸上。離心探測器內會安裝一個壓力彈簧，主軸在旋轉時會產生一個離心力給彈簧施加壓力。在發動機組的運轉速度與標準值相符時，所產生的離心力相對較小，所以壓力彈簧不會產生劇烈變化，這時的過速保護系統不會啟動。隨著發電機組轉速的提升，離心力也會不斷的增大，當壓力彈簧所承受的壓力達到一定值時，彈簧會被大幅度壓縮，從而使與其相連的活動柱塞發生位移撞擊切換閥，然后激發過速保護系統。在系統被激活的情況下，隨著切換閥的變化，從而改變液壓系統壓力油的流動方向，使配壓閥的進出口產生壓力差距，推動其移動連通液壓管道，然后壓力油會繼續流動進入導葉接力器，激活接力器就會落下水閘并關閉導葉，最終完成發電機組的關閉。在進行這個過程的同時，機械液壓過速保護系統會向水電站的監控系統發出信號，以提示技術人員發電機組出現故障，以便及時處理，降低損失。

3 機械液壓過速保護系統的注意事項

在水電站安裝機械液壓過速保護系統時，經常會因為技術人員的失誤而造成安裝漏洞，導致系統使用出現問題，基于這種情況，介紹了一些需要特別關注的事項，可以有效防止安裝失誤，避免損失。在安裝最開始要注意的是，在安裝離心探測器、切換閥和活動柱塞時，各器件之間的距離應該要與生產廠家的安裝標準相符合，切換閥安裝方向要與系統設計的規定方向相符，避免發動機組發生過速問題時，保護系統的激發失效。隨著發電機組安裝環境以及尺寸規格的不同，其轉速也存在著一些區別，如果發電機組規定的旋轉速度過低，在發生過速問題時產生的離心力也會很小，有可能無法壓縮彈簧。所以對于此類發電機組，在進行離心探測器的安裝時，要特別注意安裝的位置，如果安裝的位置與設計有所偏差，就可能導致離心探測器在工作時不僅需要承受離心力，還需要負擔重力，最終造成保護系統的失靈。在正常的情況下，如果安裝離心探測器的位置是發電機組主軸的上方，則離心探測器所受到的重力以及離心力的方向正好相反，會發生力的相互抵消，安裝位置越靠近正上方則抵消的越明顯，因此，正確的離心探測器安裝位置應該是發電機主軸的垂直下方，使離心力和重力的作用方向相同，可以相互疊加，這樣保護系統才可以被正常的激活。安裝機械液壓過速保護系統的工序全部結束后，應在沒有水力輸送的狀態下進行模擬試驗，觀察保護系統能否正常的運轉，各部分的動作是否存在問題，以確保在發生發電機組過速問題時，能夠起到有效的保護效果。如果是在平時對發電機組檢修時，將離心探測器從發電機組主軸上拆除后再安裝，也需要進行模擬試驗。在機械液壓過速保護系統被激活以后，技術人員必須去手動關閉，才可以還原回初始的待機狀態。

4 國內的機械液壓過速保護系統應用狀況

在上個世紀我國水電站的前期發展中，使用的發電機轉速監控設備都需要消耗電力，這種設備不僅容易發生故障，對電力供應要求極高，極易出現保護失效。

上世紀50年代，機械制造一直是我國的發展重點，隨著近年來人們對于機械自動化關注度的提高，現代水電站設計也在向著無人自動化控制的方向努力著。由于傳統的過速保護系統已經不能很好的滿足現代水電站的需要，所以新型過速保護系統的出現非常重要。機械液壓過速保護系統由于其設計合理、運行可靠、性價比高等諸多優勢，而且此系統可以在沒有電能供應和無人看管的情況下獨立的完成對發電機組的轉速監測及安全保護工作，所以在現代化水電站的設計建設過程中被廣泛的使用。自改革開放來，國內及國外市場的交流溝通日益增多，很多國外的機械液壓過速保護產品進入了我國的市場，并由于其較為先進的生產技術，迅速的占領了一部分國內市場，對國產產品的銷售造成了一定的沖擊。雖然進口設備的技術較為領先，但也存在著一定的缺陷，例如進口設備在和我國的水力發電機組進行對接時，可能會存在著一定不匹配，造成安全隱患。而且使用進口設備的經濟成本較高，如果出現故障，進行維修也非常麻煩。在這種背景下，我國相關的裝備制造企業應該積極研發高性能的機械液壓過速保護設備，降低國內水電站對進口產品的依賴性，增加國內企業的經濟收益。

5 JBX機械液壓過速保護設備

JBX機械液壓過速保護設備集成了國內外同類產品的優勢。該機械液壓過速保護系統主要由過速探測器、過速保護器組成，屬于大型旋轉設備的純機械無源過速保護裝置。當發電機組轉速過高達到設定值的時候，同時水電站轉速信號裝置與調速系統出現故障無法暫停發電機組運行，JXB機械液壓過速保護設備就可以通過油壓裝置油壓切換油路，利用液壓系統暫停發電機組運行，避免飛逸事故的發生。圖1為JXB機械液壓過速保護設備原理圖。

圖1 JXB機械液壓過速保護裝置原理圖

圖1中1為過速探測器，2為過速保護器。過速探測器的主要元件包括離心塊與彈簧，過速保護器的主要元件包括機械液壓閥、脫扣器與機械位置開關。JXB機械液壓過速保護系統可以由兩個分瓣圓環法蘭環固定安裝在水輪機主軸上。如水輪發電機處于正常運行狀態，機組轉動對過速探測器1上的離心塊3產生的離心力過小，無法觸動棘輪7，這時過速保護裝置處于正常狀態，同時機械液壓閥11處于未切換狀態。伴隨著機組轉速增加，過速探測器1上的離心塊3將伴隨著水電機組轉動而增加離心力，離心塊3將沿徑向往外滑動。如發電機組轉速升高超過過速保護設定值時，離心塊3則會觸動棘輪7，這時被棘輪7限位的軸8鎖扣被解開，并且在彈簧的影響下帶動凸輪9一同旋轉，而凸輪9則會帶動機械液壓閥11切換油路，輸入代表機組過速信號來提供給監控使用。機械液壓閥11換油路能快速關閉軸流、混流、貫流式機組導葉接力器，從而避免飛逸事故的出現。如發電機組停機故障得到排除后，應該手動復位過度保護器棘輪，以供發電機組再次開機。

6 結語

綜上所述，機械液壓過速保護系統具有多種性能優勢，可以在多種情況下進行發電機組的過速保護，保證了發電機組的正常運行，有效避免了事故的發生，降低了過速故障的發生率，保護了技術人員的人身安全，提升了發電企業的經濟收益。

參考文獻：

[1]余后培.官地水電站機械液壓過速保護系統應用探析[J].科技展望,2016,26(17):122.