錦屏一級電站分段關閉裝置延時問題的改進方案

李 偉

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 概述

錦屏一級水電站設計時，由于其受到水工結構、供水引水管道、機組旋轉慣量等環境因素的影響,須進行調節保證計算,要求當調速器關閉時應具備分段關閉的特性。即在對導葉進行分段關閉的過程中, 要求按拐點區分關閉速度不同的時段關閉特性，而導葉分段關閉裝置正是實現了這種特征。

錦屏一級水電站采用SFD事故配壓分段關閉裝置，該設備特點為：

（1）將傳統過速限制器分段關閉閥集成于一體，設備體積小、重量輕。

（2）采用液壓緩沖裝置，安全可靠，無噪音，堅固耐用。

（3）電磁配壓閥、節流裝置等閥門上的所有元件均采用板式插裝連接，密封性好，維護調試便利。

2 工作原理

事故分壓段關閉裝置圖1中，管1連接壓力油，管3連接事故分壓閥的先導兩位三通電磁閥工作腔。

水輪發電機組正常運行時，管3通過兩位三通電磁閥接壓力油，閥芯2在差壓作用下處于上位；管道5和管道6連接兩個關閉閥導向換向閥的工作腔，活塞4在兩個關閉閥導向換向閥的壓差作用下位于上位。機組運行工況的調整通過調速器主配閥操作接力器來實現，具體工作原理見圖1所示。

圖1 SFD事故配壓分段關閉裝置工作原理圖

3 問題情況

錦屏一級水電站分段關閉啟動觸發的原理為：在導葉接力器固定一塊圓形金屬檔桿，檔桿隨著導葉接力器一起連續移動，當其連續運動速度達到導葉分段拐點指定位置時，觸發“Y”型電氣節點控制開關，節點供電信號導通后分段關閉的電磁閥得到持續供電，從而實現分段關閉的動作。

根據設計文件要求分段關閉的拐點位置為45%導葉全開度位置，整套分段關閉的觸發方式采用電氣節點觸發液壓先導換向閥的方式實現分段關閉的控制。該設備采用的是“Y”型節點開關，由于設備本身設計的原因，從接力器運動到拐點位置到節點開關動作存在一部分延時，即設計拐點位置為45%導葉全開度，實際動作是拐點遠遠低于此開度，制造廠家元件設計不合理導致分段控制不滿足要求。綜合分析造成分段拐點不滿足設計表現為以下幾個方面的問題：

①兩段關閉閥先導行程換向閥到分段關閉裝置本身之間存在5 m的距離，這部分管路造成的油流延時的影響；②“Y”型節點開關本身動作造成的延時。即導葉接力器運動到拐點位置至“Y”型節點開關動作所造成的延時時間；③兩段關閉閥先導行程換向閥的所控制的管徑較小，活塞4上腔接壓力油達到完全控制所需要的延時。

設計文件要求的拐點位置為45%導葉全開度為拐點位置，即在45%導葉全開度以下機組進入第二段關閉即慢關閉。而以上原因造成實際測量出的拐點實際動作位置為23%導葉全開度，遠不能滿足調保計算的要求。

4 問題的解決

針對問題①現場將關閉閥先導行程換向閥移到分段1關閉最近的位置，在閥體上直接開孔，取消管路，減少管路造成的實際損失；

針對問題②考慮到“Y”開關節點開關的結構特點是造成造成延時的主要原因，將“Y”型改為“I”型節點開關，同時在“I”上加裝導入滑輪，在“I”型節點開關動作后導通關閉閥先導行程換向閥實現控制。

針對問題③考慮將需要改變分段關閉的結構，更換為控制油路更大的插裝閥等，但是現場工期有限以及不具備大規模更換的條件，在后期擇機進行。

5 改造后調試驗證

在靜態調試時（以錦屏一級4號機為例）,根據設計的要求進行如下調試：在調速器電柜控制面板切換至導葉副環試驗，設定導葉開度至100%，此時導葉會全開，待油壓裝置運行穩定后，在監控人為按事故停機按鈕,此時調速器模擬機組停機（通過主配停機和通過事故配停機）。

監控啟動事故停機流程→動作急停閥（主配）→啟動分段關閉電磁閥調試結果：

急停閥動作后第一段關閉時間：6.18 s

第二段關閉時間：20.7 s

拐點位置：215.5 mm

調試結果見圖2。

圖2 主配經過分段關閉裝置關機曲線

監控復歸事故停機流程后，在調速器電柜控制面板切換至導葉副環試驗，將調速器開至全開位置，在監控人為按緊急停機按鈕,此時監控啟動緊急停機流程→動作事故配壓閥→啟動分段關閉電磁閥調試結果：

第一次試驗：事故配壓閥動作后第一段關閉時間：6.10 s

第二段關閉時間：20.2 s

拐點位置：213.1 mm

調試結果見圖3。

圖3 事故配經過分段關閉裝置關機曲線

根據上述結果調試完成后，進行分段關閉時間延時測定，緩慢關閉導葉到開關實際動作后測量導葉開度的時間行程為：235 mm。

誤差時間計算：

監控流程啟動到急停閥時：從502.5關到拐點位置（實際位置：215.5 mm）所用時間為6.18 s，則動作延時為：

（235-215.5）÷[（502.5-215.5）÷6.18]=0.42（s）

監控流程啟動到事故配壓閥時：從502.5關到拐點位置（實際位置：213.1 mm）所用時間為6.1 s，則動作延時為：

（235-213.1）÷[（502.5-213.1）÷6.1]=0.46（s）

延時滿足廠家小于0.5 s的要求，經過系統的靜態以上調試結果符合設計院與設備廠家的控制要求。

在進行當前水頭最大負荷（60萬kW）下甩負荷試驗時數據如下（以錦屏一級4號機為例）：

蝸殼壓力上升率小于123%；導葉最大開度：92.23%；甩負荷后最大頻率：68.20 Hz，最小頻率：48.68 Hz，所有試驗結果均滿足計算要求。

6 結語

錦屏一級水電站分段關閉裝置在調試過程中發現問題后，經過現場反復的討論，不斷的改造滿足了實際運行的要求，避免了分段關閉裝置延時造成的延時死區，為錦屏一級機組的穩定運行提供了有力保障，同時為其他電站同類問題的改造提供了借鑒與參考。