桓仁電站機(jī)組機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置改造探究

劉海晨

（國(guó)電電力發(fā)展股份有限公司和禹水電開發(fā)公司，遼寧 本溪 117200）

1 電站概述

桓仁電站位于中國(guó)遼寧省桓仁縣境內(nèi)、鴨綠江干流中國(guó)側(cè)的最大支流渾江的中游河段上。渾江為鴨綠江的主要支流，發(fā)源于長(zhǎng)白山系的老嶺，全長(zhǎng)445 km，落差744 m，流域面積為14 776 km2。河道多蛇曲，河谷多處狹窄，水能資源開發(fā)條件較好。流域開發(fā)7 個(gè)梯級(jí)，即：桓仁電站、西江水電站、鳳鳴水電站、回龍山水電站、太平哨水電站、雙嶺水電站、金哨水電站，然后接鴨綠江的水豐水電站。江上三處筑壩，從上游到下游依次形成桓仁水庫(kù)、回龍山水庫(kù)、太平哨水庫(kù)。

桓仁電站水庫(kù)庫(kù)容36.4 億m3，設(shè)計(jì)水頭53.2 m，最大水頭57.1 m，最小水頭47.1 m。總裝機(jī)22.25 萬(wàn)kW，保證出力3.28 萬(wàn)kW，年平均發(fā)電量4.77 億kW·h。工程于1958 年破土動(dòng)工，1960 年8 月工程緩建，1965 年恢復(fù)施工，1967 年7 月水庫(kù)蓄水，1968 年7月20 日1 號(hào)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，1975 年7 月工程竣工。

2 機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置安裝的必要性和可行性

桓仁電站3 臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組的過(guò)速保護(hù)僅有電氣一級(jí)（115%Ne）和電氣二級(jí)（140%Ne）保護(hù)，未配置機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置。當(dāng)水電機(jī)組在并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中突發(fā)緊急事件，出現(xiàn)主閥拒動(dòng)等調(diào)速系統(tǒng)失靈的情況，同時(shí)水電站自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法正常工作，致使機(jī)組調(diào)速環(huán)失去動(dòng)力源，無(wú)法通過(guò)雙聯(lián)臂、拐臂控制導(dǎo)葉的關(guān)閉以切斷來(lái)水，最終可能使機(jī)組的轉(zhuǎn)速上升至飛逸轉(zhuǎn)速，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p壞[1]。為了限制機(jī)組過(guò)速，避免發(fā)生飛逸事故，需要按照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中的相關(guān)條款要求，在桓仁電站3 臺(tái)機(jī)組上設(shè)置機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置，以便在可能發(fā)生的過(guò)速事故出現(xiàn)時(shí)，緊急關(guān)閉導(dǎo)水葉切斷來(lái)水，起到保護(hù)機(jī)組安全的作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械加工工藝和水平不斷提高。市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種品牌的機(jī)械過(guò)速產(chǎn)品。各種品牌的產(chǎn)品各有優(yōu)劣，均有在新建機(jī)組和老舊改造機(jī)組上應(yīng)用的成功案例。特別是近幾年來(lái)，市場(chǎng)上的機(jī)械過(guò)速產(chǎn)品相較于早期的產(chǎn)品而言，集成度更高，可靠性更好，防誤動(dòng)表現(xiàn)更加突出，同時(shí)飽受詬病的裝置滲油也得到了很好的解決。經(jīng)過(guò)調(diào)研，同屬東北區(qū)域的太平灣電站、云峰電站、白山水電站、豐滿水電站、敦化抽水蓄能電站等均安裝了圖拉博機(jī)械過(guò)速裝置，且表現(xiàn)良好。該系列機(jī)械過(guò)速裝置在桓仁電站3 臺(tái)機(jī)組上的應(yīng)用是可行的。

2023 年和禹水電開發(fā)公司對(duì)桓仁電站1 號(hào)~3 號(hào)機(jī)組進(jìn)行了改造，在水輪機(jī)軸上增設(shè)了瑞典TURAB 的機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置。設(shè)備技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 1~3 號(hào)機(jī)組參數(shù)

同時(shí)對(duì)機(jī)組投運(yùn)以來(lái)一直運(yùn)行的事故配壓閥進(jìn)行改造。原有的事故配壓閥采用滑閥的結(jié)構(gòu)形式，配套的電磁閥與事故配壓閥分體布置，占用空間較大。改造后，事故配壓閥將原有的滑閥結(jié)構(gòu)形式更新為插裝閥式，大大縮小了原設(shè)備的占用空間。

3 機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置簡(jiǎn)介

3.1 過(guò)速保護(hù)裝置組成

機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置由緊固圈、過(guò)速擺、配重、機(jī)控?fù)Q向裝置、反饋開關(guān)、安裝附件等組成。所有設(shè)備都已組裝好，現(xiàn)場(chǎng)只需按要求安裝即可使用。安裝如圖1 所示。

圖1 安裝示意圖

3.2 工作原理

3.2.1 機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置原理

將彈簧按參數(shù)預(yù)壓在柱塞內(nèi)，在轉(zhuǎn)速不斷升高離心率不斷增大轉(zhuǎn)速接近達(dá)到預(yù)壓力的時(shí)候，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升克服預(yù)壓力壓縮彈簧使柱塞伸出，觸動(dòng)機(jī)控?fù)Q向裝置，使液壓系統(tǒng)動(dòng)作而關(guān)機(jī)；同時(shí)發(fā)出信號(hào)。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作原理

正常運(yùn)行情況下，過(guò)速保護(hù)裝置液控?fù)Q向閥正常帶壓（P →A），R 接排油，換向閥A 口與12EM01和12HV01 的油路連接控制事故配壓閥動(dòng)作。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到飛擺設(shè)定值，液控?fù)Q向閥動(dòng)作，事故配壓閥失壓動(dòng)作，進(jìn)而機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī)。原理如圖2 所示。

圖2 動(dòng)作原理圖

3.3 機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的性能要求

（1）彈簧具有長(zhǎng)期的線性度，長(zhǎng)期使用不發(fā)生蠕變（K 值不變）；

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須簡(jiǎn)單可靠；

（3）出廠時(shí)進(jìn)行精確整定，現(xiàn)場(chǎng)即直接驗(yàn)收使用；

（4）不能誤動(dòng)和拒動(dòng)。

4 事故配壓閥

4.1 事故概述

事故配壓裝置是當(dāng)發(fā)生事故的時(shí)候或者主配操作失靈的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停機(jī)的機(jī)構(gòu)。正常情況下操作油來(lái)自主配壓閥，在發(fā)生事故時(shí)操作油來(lái)自壓力罐。

4.2 原理

原理圖中兩個(gè)為一組，它們的啟閉狀態(tài)由液控?fù)Q向閥V9 控制。正常工作情況下，電磁換向閥V8工作于左位，來(lái)自機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)裝置的控制油位壓力油，液控?fù)Q向閥V9 工作于左位，C1，C2 控制腔通回油處于開啟狀態(tài)，由主配控制接力器的開關(guān)；C3，C4 控制腔通壓力油處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷來(lái)自壓力罐的操作油。在事故情況下（1）電磁閥V8 工作于右位，C1，C2 控制腔通壓力油處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷來(lái)自主配壓閥的操作油；C3，C4 控制腔通回油處于開啟狀態(tài)，來(lái)自壓力罐的操作油能進(jìn)入接力器的關(guān)腔，使接力器關(guān)閉。（2）機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，來(lái)自機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的控制油接通回油，液控?fù)Q向閥V9 工作于右位，C1，C2 控制腔通壓力油處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷來(lái)自主配壓閥的操作油；C3，C4控制腔通回油處于開啟狀態(tài)，來(lái)自壓力罐的操作油能進(jìn)入接力器的關(guān)腔，使接力器關(guān)閉。原理如圖3所示。

5 設(shè)備的安裝調(diào)試

5.1 過(guò)速保護(hù)裝置的安裝

（1）將緊固圈安裝在機(jī)組主軸上（現(xiàn)場(chǎng)訂貨前確認(rèn)的指定安裝位置）；

（2）安裝液控?fù)Q向閥（臥式機(jī)組需嚴(yán)格按照出廠設(shè)計(jì)位置安裝）；

（3）正確安裝設(shè)備安裝距離（間距參照廠家設(shè)計(jì)要求）；

（4）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)連接相應(yīng)的液壓油管道和信號(hào)接點(diǎn)。具體參照設(shè)計(jì)要求及廠家設(shè)備安裝說(shuō)明書執(zhí)行；

（5）完成步驟4 后靜態(tài)實(shí)驗(yàn)檢查液壓系統(tǒng)邏輯原理是否正確。

注：以上安裝步驟及要求請(qǐng)嚴(yán)格按照設(shè)備廠家安裝維護(hù)說(shuō)明書執(zhí)行。

5.2 事故配壓閥的安裝

（1）現(xiàn)場(chǎng)安裝根據(jù)廠家設(shè)計(jì)要求執(zhí)行；

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求及原理對(duì)油管路進(jìn)行連接；

（3）安裝完成后管路充油檢查各個(gè)焊接部位是否滲漏；

（4）安裝完成以后要手動(dòng)操作設(shè)備，確保設(shè)計(jì)要求原理正常；

（5）按要求進(jìn)行改造后的實(shí)驗(yàn)。

注：設(shè)備安裝過(guò)程需嚴(yán)格按照產(chǎn)品廠家安裝說(shuō)明書執(zhí)行。

5.3 系統(tǒng)調(diào)試

（1）檢查各個(gè)連接處焊接點(diǎn)是否滲漏；

（2）打開導(dǎo)葉，根據(jù)設(shè)計(jì)原理靜態(tài)，檢查設(shè)備系統(tǒng)原理邏輯；

（3）開機(jī)實(shí)驗(yàn)。

6 機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置的維護(hù)

（1）機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置隨機(jī)組檢修時(shí)，根據(jù)廠家使用說(shuō)明書進(jìn)行零部件的檢查；

（2）例行檢測(cè)可根據(jù)電廠要求及參見NB/T 35088-2016《水電機(jī)組機(jī)械液壓過(guò)速保護(hù)裝置基本技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

7 事故配壓閥的改造選型

7.1 滑閥式事故配壓閥

桓仁電站現(xiàn)有事故配壓閥控制成分布形式，分別由事故配本體、控制油閥、緊急停機(jī)電磁閥三部分組成。分布式獨(dú)立安裝，占用空間大，設(shè)備之間有一定距離。近年來(lái)在試驗(yàn)過(guò)程中有事故配壓閥在動(dòng)作后復(fù)位過(guò)程中有無(wú)法復(fù)位現(xiàn)象發(fā)生，需要借助外力輔助復(fù)位。

通過(guò)與廠家分析有以下原因：

（1）廠內(nèi)設(shè)備使用年限較長(zhǎng)；

（2）早期加工工藝精度相對(duì)較差，各部件間精度配合要求較高；

（3）長(zhǎng)期不動(dòng)作容易卡塞；

（4）內(nèi)部存在較大內(nèi)漏相互串油。

7.2 插裝閥事故配壓閥性能特點(diǎn)

（1）模塊標(biāo)準(zhǔn)化組合結(jié)構(gòu)，體積小，安裝方便；

（2)采用插裝閥組件，使事故配動(dòng)作靈敏、耐磨損、抗油污；

（3）內(nèi)部零件精密配合，保證事故配壓閥內(nèi)部零泄漏；

通過(guò)對(duì)其他電廠調(diào)研大部分年代相同電廠或新建電廠都已更換或直接采用插裝閥事故配壓閥，綜合以上情況最終將桓仁電站3 臺(tái)機(jī)組事故配壓閥更換為插裝閥式，通過(guò)改造使用作為后續(xù)公司其他機(jī)組改造提供參照。

但通過(guò)對(duì)其他早期改造項(xiàng)目考察發(fā)現(xiàn)，早期的插裝閥事故配壓閥外部滲油點(diǎn)多較明顯（模塊密封及工藝孔密封等）。所以在廠家設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中需要強(qiáng)調(diào)廠家采用質(zhì)量可靠的密封件及對(duì)加工工藝孔的精密處理，以減少和降低事故配壓閥外部的漏油點(diǎn)。保證設(shè)備穩(wěn)定、安全可靠。

8 結(jié)語(yǔ)

桓仁電站在安裝機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置后，實(shí)現(xiàn)機(jī)械與電氣過(guò)速保護(hù)互補(bǔ)，能夠在機(jī)組轉(zhuǎn)速不斷上升且不需要任何電氣元件參與下實(shí)現(xiàn)機(jī)組停止運(yùn)行。純機(jī)械保護(hù)裝置的安裝為少人或無(wú)人值守提供了更加可靠的保障。

插裝式事故配壓閥的安裝改變了以前老舊事故配壓閥運(yùn)行弊端，為機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。