水輪機(jī)調(diào)速器掉電導(dǎo)葉自關(guān)閉改造實(shí)踐

李金明

（錦屏水力發(fā)電廠，四川省西昌市 615012）

0 引言

錦屏一級(jí)水電站位于雅礱江流域的中游，裝機(jī)容量6臺(tái)600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，最大運(yùn)行水頭240m，額定轉(zhuǎn)速142.9 r/min，多年平均發(fā)電量166.2億kW·h，于2014年8月24日建成投產(chǎn)[1]。

錦屏一級(jí)水電站機(jī)組采用南瑞SAFR-2000H系列水輪機(jī)調(diào)速器，主要由電氣控制系統(tǒng)、液壓油系統(tǒng)、GE FC5000主配壓閥、緊急停機(jī)電磁閥、雙比例伺服閥、伺服切換閥及相關(guān)液壓管路組成[2]。

對(duì)于調(diào)速器控制電源全部消失的事故情況，目前行業(yè)內(nèi)基本有兩種控制策略，分別為導(dǎo)葉自復(fù)中[3]和導(dǎo)葉自關(guān)閉。導(dǎo)葉自復(fù)中即掉電后維持當(dāng)前導(dǎo)葉開度不變，避免機(jī)組甩負(fù)荷，減小系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)，但控制系統(tǒng)失電后調(diào)速器存在一定的失控風(fēng)險(xiǎn)；導(dǎo)葉自關(guān)閉是在掉電后依靠調(diào)速器液壓系統(tǒng)自身的特性，將水輪機(jī)導(dǎo)葉自動(dòng)關(guān)閉，保護(hù)機(jī)組免于飛逸事故，防范電源消失存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)負(fù)荷不利[4-6]。

1 改造前自復(fù)中裝置簡介

1.1 組成結(jié)構(gòu)

調(diào)速器控制電源全部消失后，導(dǎo)葉自復(fù)中功能依靠主配壓閥、定中缸、自復(fù)中切換閥及相關(guān)液壓管路組成，如圖1所示。

1.2 工作原理

當(dāng)調(diào)速器正常運(yùn)行時(shí)，自復(fù)中切換電磁閥線圈得電，閥組處于a位，使定中缸油腔通過緊急停機(jī)電磁閥、自復(fù)中切換閥接通回油箱，定中缸處于復(fù)位狀態(tài)。

當(dāng)調(diào)速器控制系統(tǒng)電源全部消失時(shí)，自復(fù)中切換閥線圈失電，自復(fù)中切換閥發(fā)生切換動(dòng)作，閥組處于b位，壓力油通過自復(fù)中切換閥、緊急停機(jī)電磁閥進(jìn)入定中缸油腔，定中缸開始動(dòng)作，推動(dòng)主配壓閥至中位，接力器開關(guān)腔與壓力油源、回油箱隔離，導(dǎo)葉保持當(dāng)前開度不變，如此實(shí)現(xiàn)調(diào)速器控制系統(tǒng)電源全部消失后導(dǎo)葉自復(fù)中功能。

在實(shí)際應(yīng)用中，為防止自復(fù)中后主配壓閥向開位偏離，造成導(dǎo)葉緩慢開啟，往往將定中缸整定為使主配壓閥位于中位但稍偏關(guān)方向，這樣導(dǎo)葉自復(fù)中后存在一個(gè)回關(guān)的趨勢，但極為緩慢。

2 存在問題

《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求（國能安全[2014]161號(hào)）》中23.1.8條規(guī)定：大中型水電站應(yīng)采用“失電動(dòng)作”規(guī)則，在水輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)和控制回路電壓消失時(shí)，使相關(guān)保護(hù)和控制裝置能夠自動(dòng)動(dòng)作關(guān)閉機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)[7]。

圖1 原導(dǎo)葉自復(fù)中裝置組成結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram of the pre-reform device of urbine vanes auto-to-middle system after all power losing of speed governor

目前，錦屏一級(jí)電站調(diào)速器失電導(dǎo)葉自復(fù)中邏輯不滿足上述文件要求，需要進(jìn)行調(diào)速器掉電自關(guān)閉導(dǎo)葉邏輯改造。

3 改造實(shí)踐

3.1 改造方案

3.1.1 機(jī)械部分改造

拆除原緊急停機(jī)電磁閥（見圖2），增加新的液控閥、緊急停機(jī)電磁閥、液控單向閥、失電電磁閥1、失電電磁閥2，閥組間的管路連接見圖2。

3.1.2 電氣部分改造

調(diào)速器控制柜內(nèi)共有兩個(gè)電源模塊，電源模塊1的1路電源輸出至失電電磁閥1，電源模塊2的1路電源輸出至失電電磁閥2。將原緊急電磁閥接線接至新的緊急停機(jī)電磁閥。因機(jī)手動(dòng)控制方式通過自復(fù)中切換閥實(shí)現(xiàn)，所以保留原自復(fù)中切換閥接線。

3.2 可行性分析

3.2.1 兩路電源運(yùn)行

如圖2所示，當(dāng)調(diào)速器正常運(yùn)行時(shí)，緊急停機(jī)電磁閥在失電狀態(tài)。控制系統(tǒng)兩個(gè)電源模塊均帶電，失電電磁閥1、2在得電狀態(tài)。液控單向閥導(dǎo)通，壓力油通過失電電磁閥1、液控單向閥、緊急停機(jī)先導(dǎo)閥進(jìn)入液控閥b腔，使液控閥處于b位，進(jìn)而使緊急停機(jī)電磁閥處于b位，調(diào)速器系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.2.2 一路電源運(yùn)行

如圖2所示，當(dāng)調(diào)速器控制系統(tǒng)電源模塊1失電、電源模塊2帶電時(shí)，失電電磁閥1線圈失電、失電電磁閥2線圈帶電，失電電磁閥1處于b位置、失電電磁閥2處于a位置，此油路狀態(tài)下液控單向閥控制腔油路無壓、進(jìn)油口腔無壓，進(jìn)而液控單向閥處于截止?fàn)顟B(tài)，液控單向閥出油口腔油壓得以維系。緊急停機(jī)先導(dǎo)閥、液控閥、緊急停機(jī)電磁閥狀態(tài)同3.2.1中描述，機(jī)組正常運(yùn)行。

如圖2所示，當(dāng)調(diào)速器控制系統(tǒng)電源模塊1帶電、電源模塊2失電時(shí)，失電電磁閥1線圈得電、失電電磁閥2線圈失電，失電電磁閥1處于a位置、失電電磁閥2處于b位置，此油路狀態(tài)下液控單向閥控制腔油路帶壓、進(jìn)油口腔帶壓，進(jìn)而液控單向閥處于正向?qū)顟B(tài)，出油口接通壓力油源，液控單向閥出油口腔油壓得以維系。緊急停機(jī)先導(dǎo)閥、液控閥、緊急停機(jī)電磁閥狀態(tài)同3.2.1中描述，機(jī)組正常運(yùn)行。

3.2.3 電源全部消失

當(dāng)調(diào)速器控制系統(tǒng)電源模塊1、2全失電時(shí)，失電電磁閥1、2線圈失電，液控單向閥反向?qū)ǎ嚎亻yb腔通回油箱，使液控閥處于a位。進(jìn)而使緊急停機(jī)電磁閥處于a位，主配壓閥控制油腔通回油，主配壓閥向關(guān)導(dǎo)葉方向動(dòng)作，導(dǎo)葉回關(guān)。

當(dāng)調(diào)速器控制系統(tǒng)電源全部消失時(shí)自復(fù)中切換閥也會(huì)失電并動(dòng)作，但由于緊急停機(jī)電磁閥已切換至a位置，所以此時(shí)的自復(fù)中切換閥的動(dòng)作與否不影響導(dǎo)葉回關(guān)功能。

基于上述分析，改造后裝置能實(shí)現(xiàn)調(diào)速器控制電源消失自關(guān)閉導(dǎo)葉功能。

4 功能試驗(yàn)

在相應(yīng)的液壓閥組、電磁閥、液壓管路、電氣接線調(diào)整完畢后，分別進(jìn)行了機(jī)組靜態(tài)緊急停機(jī)試驗(yàn)、機(jī)組靜態(tài)掉電自關(guān)閉導(dǎo)葉試驗(yàn)、機(jī)組動(dòng)態(tài)掉電自關(guān)閉導(dǎo)葉試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均正確。

4.1 機(jī)組靜態(tài)緊急停機(jī)試驗(yàn)

在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，調(diào)速器控制系統(tǒng)正常帶電運(yùn)行，將控制系統(tǒng)切至手動(dòng)方式，開啟導(dǎo)葉5%開度，分別按下調(diào)速器電調(diào)柜、機(jī)調(diào)柜上的緊急停機(jī)按鈕，導(dǎo)葉正常回關(guān)，監(jiān)控系統(tǒng)事件正常報(bào)出，LCU緊急停機(jī)流程正常啟動(dòng)。

4.2 機(jī)組靜態(tài)掉電自關(guān)閉導(dǎo)葉試驗(yàn)

在機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下，調(diào)速器控制系統(tǒng)正常帶電運(yùn)行，將控制系統(tǒng)切至手動(dòng)方式，開啟導(dǎo)葉5%開度，拉開電源模塊1的進(jìn)線電源開關(guān)，導(dǎo)葉不回關(guān)；合上電源模塊1的進(jìn)線電源開關(guān)后，拉開電源模塊2的進(jìn)線電源開關(guān)，導(dǎo)葉不回關(guān)；同時(shí)拉開電源模塊1、電源模塊2的進(jìn)線電源開關(guān)，導(dǎo)葉回關(guān)，監(jiān)控系統(tǒng)事件正常報(bào)出，LCU緊急停機(jī)流程正常啟動(dòng)。

4.3 機(jī)組動(dòng)態(tài)掉電自關(guān)閉導(dǎo)葉試驗(yàn)

機(jī)組開機(jī)，空載運(yùn)行正常；拉開電源模塊1、電源模塊2的進(jìn)線電源開關(guān)，導(dǎo)葉回關(guān)，機(jī)組停機(jī)，監(jiān)控系統(tǒng)事件正常報(bào)出，LCU緊急停機(jī)流程正常啟動(dòng)。

5 結(jié)束語

新增的液控單向閥結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠，與雙失電電磁閥相結(jié)合，具有一定的容錯(cuò)能力，也即在一個(gè)失電電磁閥控制回路斷線、虛接等原因造成失電時(shí)，不會(huì)造成誤停機(jī)。此種改造方案改動(dòng)較小，對(duì)調(diào)速器原有功能影響不大，并能可靠地實(shí)現(xiàn)調(diào)速器控制系統(tǒng)掉電后導(dǎo)葉自關(guān)閉的功能。