關(guān)于調(diào)速器系統(tǒng)主配壓閥的改進(jìn)分析

太軍波，陳 偉

（廣東省能源集團(tuán)天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400）

0 引言

針對(duì)大中型水輪機(jī)把電氣信息轉(zhuǎn)變成液壓指令不可通過一單級(jí)電液轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。這就規(guī)定調(diào)速器的輸出功率非常大，且電液轉(zhuǎn)換器務(wù)必安裝能夠運(yùn)營(yíng)大功率的金屬線圈。所以依次兩層液壓擴(kuò)大是必要的:引導(dǎo)閥和輔助接力器能夠完成第一層面；主配壓閥和主接力器可以實(shí)現(xiàn)第二層面。轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)被引導(dǎo)閥轉(zhuǎn)變成位置移動(dòng)信息，來掌控輔助接力器，還有主配壓閥活塞的升降位移，從而讓壓力油經(jīng)過主配壓閥依次流入主接力器活塞的開關(guān)腔。水電站平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)葉的開度均經(jīng)過主配壓閥來控制。

1 改造前調(diào)速器系統(tǒng)主配壓閥的運(yùn)行情況

改造前的調(diào)速器系統(tǒng)是南瑞的SAFR-2000H水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)，機(jī)械液壓控制部分采用的是南瑞ZFL-150型液壓控制裝置。機(jī)械液壓控制部分為全液控自復(fù)中式主配壓壓閥，下面對(duì)該種主配壓閥的工作原理進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖1所示為系統(tǒng)在穩(wěn)定工況時(shí)全液控自復(fù)中式主配壓閥的穩(wěn)定所在（也就是中位或零位）。如圖1中所示，插裝閥C1、C2為一組，經(jīng)過連通和源自主配壓閥的壓力油把控接力器的閉合，C3、C4為一組，經(jīng)過連通源自壓力油罐的壓力油掌控接力器閉合，它們的開啟和關(guān)閉由液控?fù)Q向閥HV控制。正常工作情況下，電磁換向閥EV工作于左邊位置，來自機(jī)械過速保護(hù)裝置（圖拉博）的控制壓力油推動(dòng)液控?fù)Q向閥HV工作于左邊位置，C1、C2上腔通過液控?fù)Q向閥接通回油，C1、C2下端內(nèi)腔連通源自主配壓閥的壓力油，此時(shí)，接力器的閉合是主配壓閥掌控的。C3、C4上腔通過液控?fù)Q向閥接通壓力油，在壓力油影響下位于閉塞狀態(tài)，此刻，源自壓力罐體的操控油會(huì)讓C3、C4下腔阻斷。在事故時(shí)，第一種情況，電磁換向閥的b端電磁鐵通電，電磁換向閥EV動(dòng)作在右側(cè)所在，C1、C2上部?jī)?nèi)腔經(jīng)過液控?fù)Q向閥接續(xù)壓力油，在此壓力下位于閉塞狀態(tài)，隔斷源自主配壓閥的操控油；C3、C4上部?jī)?nèi)腔經(jīng)過液控?fù)Q向閥連通回路液壓油，位于打開態(tài)，源自壓力罐體的操控油經(jīng)過C3下部?jī)?nèi)腔流進(jìn)接力器的關(guān)腔，讓其處于閉合狀態(tài)。第二種情況，因?yàn)闄C(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作，此時(shí)，來自圖拉博的控制油接通回油，液控?fù)Q向閥HV在自己閥體的彈簧壓力下行動(dòng)在右側(cè)方位，C1、C2的上腔通過液控?fù)Q向閥接通壓力油，在壓力油影響下位于鎖閉態(tài)，C1、C2下腔閉合，隔斷了源自主配壓閥的操控油；C3、C4上部?jī)?nèi)腔經(jīng)過液控?fù)Q向閥連通回路液壓油，位于打開狀態(tài)，源自壓力罐體的操控油可以流入接力器的關(guān)腔，讓其處于閉合狀態(tài)。當(dāng)電磁閥掉電之后，電磁閥將自動(dòng)復(fù)位到中間位置，此時(shí)，將切斷所有油路，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的壓力油路和回油路將停止動(dòng)作，從而保持掉電前的導(dǎo)葉開度情況。這個(gè)時(shí)候，如果需要進(jìn)行導(dǎo)葉開度調(diào)整，就需要將調(diào)速器系統(tǒng)切換至純手動(dòng)操作模式。

圖1 事故配壓閥原理圖

2 改造后的調(diào)速器主配壓閥的運(yùn)行情況

改造后的調(diào)速器系統(tǒng)采用的是能事達(dá)的MGC4000系列調(diào)速器，下面對(duì)改造后的主配壓閥的運(yùn)行情況進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

2.1 WST-PD型主配壓閥機(jī)械液壓系統(tǒng)工作原理

能事達(dá)的MGC4000系列調(diào)速器系統(tǒng)采用WST-PD型主配壓閥機(jī)械液壓系統(tǒng)，此調(diào)速架構(gòu)分為兩個(gè)運(yùn)營(yíng)路徑：其中一個(gè)是經(jīng)過比例伺服閥（301PV和302PV）掌控，另一個(gè)是通過自復(fù)中裝置（301ET）控制。在比例伺服閥自動(dòng)運(yùn)行的情況下，比例伺服閥（301PV和302PV）是掌控信息壓力油的關(guān)鍵閥門，掌控主配壓閥（301DV）活塞行為的信息壓力油，進(jìn)而控制接力器的開啟和關(guān)閉。在自復(fù)中裝置運(yùn)行情況下，通過操作機(jī)械手輪控制直線位移轉(zhuǎn)換器，促使引導(dǎo)閥（301HV）上下運(yùn)動(dòng)，通過主配壓閥控制油路轉(zhuǎn)換進(jìn)一步控制接力器的啟閉。緊急停機(jī)閥（301EV）具有高優(yōu)先級(jí)，在突發(fā)情形下，能保障機(jī)組導(dǎo)水葉安全平穩(wěn)關(guān)閉。

2.2 WST-PD型主配壓閥失電動(dòng)作原理

比例伺服閥301PV和302PV由A/B套切換閥（303EV）來選擇投入控制，比例伺服閥具備阻滯維持功能，若比例伺服閥產(chǎn)生失電障礙時(shí)，可以把主配壓閥掌控腔油路徑轉(zhuǎn)變到回油路徑，使主配壓閥（301DV）關(guān)閉接力器。當(dāng)手自動(dòng)切換閥（302EV）失電時(shí)，比例伺服閥控制油路被切斷，自復(fù)中裝置（301ET）促使引導(dǎo)閥（301HV）控制主配壓閥油路切換，進(jìn)而控制接力器的開啟和關(guān)閉。若調(diào)速器的自身電源產(chǎn)生障礙失電時(shí)，自動(dòng)回復(fù)中裝配（301ET）可以保障主配壓閥（301DV）自動(dòng)恢復(fù)中，讓水輪機(jī)的導(dǎo)葉維持在障礙產(chǎn)生之前的打開程度，接著經(jīng)過單一機(jī)械式人為操控關(guān)機(jī)。原理圖如圖2。

圖2 調(diào)速器改造液壓原理圖

如圖2所示，壓力油罐體的主壓力油共有兩條，一條是操控油，流入主配壓閥的下掌控部位，還有主配壓閥的穩(wěn)定壓力內(nèi)腔；另一條通過雙精油濾器（301LP）來把控油路流入進(jìn)主配壓閥的上掌控部位。第一條操控油一直助力主配壓閥往上滑動(dòng)，持續(xù)有一個(gè)助力主活塞朝著關(guān)腔角度作用的壓力油。通過雙精濾油器的干凈液壓油，當(dāng)中一條挨個(gè)通過比例伺服閥（301PV和302PV）、A/B套切換閥（303EV）、手/自動(dòng)切換閥（302EV）、突發(fā)關(guān)機(jī)電磁閥（301EV）至主配壓閥（301DV）的上操控部位。另一條通過引導(dǎo)閥（301HV）、手/自動(dòng)切換閥（302EV）、突發(fā)關(guān)機(jī)電磁閥（301EV）至主配壓閥（301DV）的上操控部位。

2.3 調(diào)速器液壓系統(tǒng)工作原理

調(diào)速器機(jī)械液壓組織自主調(diào)整運(yùn)營(yíng)機(jī)制如圖3所示，微機(jī)調(diào)節(jié)器首要運(yùn)算接力器行為滑動(dòng)數(shù)值Ypid（在電人為路徑給電手動(dòng)開和角度設(shè)定值Ysd），接著和接力器的真實(shí)行為滑動(dòng)數(shù)值YJ相減對(duì)比，獲得一個(gè)差值為ΔY；下一步把ΔY轉(zhuǎn)變成4～20 mA的電氣數(shù)據(jù)ΔIY，且把此信號(hào)傳導(dǎo)至比例伺服閥的整體放大裝置；它把此4～20 mA的電信息和比例伺服閥行為量ΔYB的回饋數(shù)據(jù)ΔIB、主配壓閥的活塞位移量ΔYZ的回饋數(shù)據(jù)ΔIZ實(shí)施對(duì)比和擴(kuò)大，轉(zhuǎn)變?yōu)殡姅?shù)據(jù)操控比例伺服閥的變更。當(dāng)微機(jī)計(jì)算的接力器動(dòng)作量和接力器實(shí)際動(dòng)作量相等時(shí)，就沒有電信號(hào)輸出，此時(shí)比例伺服閥處于中間的平衡位置，主配壓閥也處于中間的平衡位置，接力器也不再動(dòng)作；當(dāng)接力器的實(shí)際動(dòng)作值小于調(diào)節(jié)器下發(fā)的動(dòng)作值時(shí)，比例伺服閥將收到一個(gè)電信號(hào)，并促使主配壓閥做開啟方向的運(yùn)動(dòng)，主配壓閥（301DV）活塞位移與反饋信號(hào)的差值成正比關(guān)系，接力器向開啟方向運(yùn)動(dòng)至與微機(jī)調(diào)節(jié)器計(jì)算值一致；當(dāng)接力器的實(shí)際動(dòng)作值大于調(diào)節(jié)器下發(fā)的動(dòng)作值時(shí)，比例伺服閥將收到一個(gè)電信號(hào)，并促使主配壓閥做關(guān)閉方向的運(yùn)動(dòng)，主配壓閥（301DV）活塞位移與反饋信號(hào)的差值成正比關(guān)系，接力器向關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)至與微機(jī)調(diào)節(jié)器計(jì)算值一致。

圖3 調(diào)速器機(jī)械液壓組織自主調(diào)整運(yùn)營(yíng)機(jī)制

3 調(diào)速器系統(tǒng)改造成果分析

此次調(diào)速器系統(tǒng)改造消除了原有調(diào)速器主配壓閥為掉電自復(fù)中式，斷電后機(jī)組導(dǎo)葉保持不動(dòng)，事故配壓閥和緊急停機(jī)電磁閥同時(shí)動(dòng)作時(shí)關(guān)機(jī)速度加快，導(dǎo)致蝸殼水壓異常上升；主配壓閥內(nèi)漏情況較嚴(yán)重；主配動(dòng)作時(shí)，管道振動(dòng)較大；開度模式下調(diào)節(jié)機(jī)組有功，監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)存在配合不到位導(dǎo)致有功波動(dòng)的情況等一系列問題。同時(shí)，改造后的調(diào)速器主配壓閥滿足了二十五項(xiàng)反措的要求。

4 結(jié)語

修正后的調(diào)速器架構(gòu)的比例伺服閥根據(jù)A/B套切換閥來調(diào)整進(jìn)入比例掌控，比例伺服閥有著阻滯維護(hù)功能，當(dāng)比例伺服閥斷掉電，可以把主配壓閥控制腔液壓油轉(zhuǎn)變成回油態(tài)，讓主配壓閥閉合接力器，就會(huì)給發(fā)電站的平穩(wěn)安全運(yùn)營(yíng)帶來有效的保證，同樣給今后智能電站進(jìn)行了鋪墊。