環腔控制型插裝式事故配壓閥的應用研究

王 偉，王 鑫

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌443000）

0 引言

隨著水力發電行業的飛速發展，水電在整個電力系統中的作用越來越重要，直接影響到電網的安全穩定運行。為保證水電站的安全運行，巨型水輪發電機組進水口設置有事故快速門。當機組發生機械過速時，快速門可以動水關閉，快速切斷水流保護機組設備。但由于事故狀態下動水落門時引水部件的瞬時水流慣性力矩較大，水錘現象會導致引水系統甚至整個廠房出現強烈振動[1]。

事故配壓閥是布置在調速器主配壓閥和導葉接力器之間，當機組轉速過高、調速器主配壓閥拒動時，或當機組轉速上升至機械過速保護裝置動作值時，緊急關閉導水機構，切斷水流。這樣可減少快速門的動作次數，為水輪發電機組提供安全可靠的保護。

1 事故配壓閥結構

傳統的事故配壓閥均為滑閥式結構，如圖1所示。長期不動作容易發生液壓卡阻致使滑塞動作失靈，而且對滑塞、襯套的同軸度、橢圓度、配合間隙等加工精度要求很高，而不可避免的間隙滲油又影響調速器的零點漂移，不適合巨型水輪發電機組對調速性能的要求。

相比之下，插裝式事故配壓閥結構（如圖2所示），具有動作靈敏、可靠性高并且結構簡單、內泄漏量小等獨特優勢，已在巨型水輪發電機組中得到比較廣泛的應用。

圖1 滑閥式事故配壓閥結構圖

圖2 插裝式事故配壓閥結構圖

2 標準插裝閥工作原理及特點

標準的插裝閥由控制蓋板、插裝主閥（包括閥套、彈簧、閥芯及密封件）、插裝塊體等組成。主閥采用插裝式的連接，閥芯多采用錐面密封。

圖3 插裝閥結構及圖形符號

如圖3所示，A、B是分別與主油路相連的油腔，C是控制油腔。

當pa Aa+pb Ab＞pc Ac+F3時，閥芯 4開啟，使油腔A、B 接通；反之，當pa Aa+pb Ab＜pc Ac+F3時，閥芯 4關閉，截斷油腔A、B的油路。

其中pa、pb、pc為油腔 A、B、C 的油壓；Aa、Ab、Ac為油腔A、B、C的有效承壓面積；F3為彈簧3的作用力。

標準的插裝閥不僅能滿足常用液壓控制閥的各種動作要求，而且在同等控制功率情況下，與普通液壓閥相比，具有功率損失小、動作速度快和易于集成等優點，特別適用于高壓、大流量液壓系統的調節和控制。

其不足之處在于，該插裝閥只能工作在全開或全關位置，即運行于大流量工況。若在小開度、小流量工況運行時則插裝閥芯容易產生振蕩，甚致自行啟、閉。所以標準插裝式的事故配壓閥無法保證巨型水輪發電機組在事故停機導葉分段關閉或調速器自動微調負荷時小波動的穩定性。

3 環腔控制型插裝式事故配壓閥的優點

環腔控制型插裝閥是在標準的插裝閥芯外周增加了一個環形腔（如圖4），其中控制腔1為標準插裝閥的控制腔；控制腔2為環形控制腔。當插裝閥閥芯開啟時（含半開或微開），此環形腔會自動接通壓力油，確保閥芯開口固定不變；當插裝閥關閉時，此環形腔自動接通排油。

環腔控制型插裝式事故配壓閥杜絕了閥芯部份開啟時引起的不穩定工況，無論是大流量或小流量，該事故配壓閥都能保證插裝閥芯的位置固定不變。其結構如圖5所示。

圖4 環腔控制型插裝閥結構圖

圖5 環腔控制型插裝式事故配壓閥結構圖

該環腔控制型插裝式事故配壓閥已在多座大型水電廠的巨型水輪發電機組中配套投入運行，且運行情況良好。圖6為某巨型水輪發電機組機械過速試驗時導水機構的動作曲線，可見事故配壓閥動作后，活動導葉關閉過程迅速平穩，沒有產生任何波動，尤其在分段關閉的最后階段，更是保持了很好的動作穩定性，滿足了液壓調速系統的控制要求。

圖6 某巨型水輪發電機組機械過速試驗時導水機構的動作曲線

4 結束語

事故配壓閥是水輪發電機組調速系統中最重要的機械液壓保護裝置。巨型水輪發電機組的安全穩定運行需要相關機電設備的不斷優化創新。環腔控制型插裝式事故配壓閥能夠很好的滿足水電站及電網系統對水輪發電機組調速性能的要求。其成功應用于各大型水電廠的案例，為相關設備的優化創新積累了寶貴的經驗。