松花江水力发电有限公司吉林白山发电厂 吉林吉林 132013
摘要：随着经济和各行各业的快速发展，水轮发电机机组纯机械过速保护系统作为机组发生过速时的最后一道安全保障，其性能优劣直接关系设备可靠及生产安全，因此，在实践中不断研究、探索优化纯机械过速保护系统，设计制造工作性能更可靠、维护更方便的机组纯机械过速保护系统具有重要意义。
关键词：混流式；水轮发电机；机械过速试验；轴承甩油；原因分析
引言
水轮发电机组的安全是水电站得以发电的基础。本文重点讨论水电站水轮发电机组所呈现的发电机温度过高，水轮发电机组出现甩油故障及并网故障问题，从而找到相应的应对措施。这在极大程度上减少了故障的发生。其实我觉得这一切的工作核心问题就是，工作人员要有严谨的工作作风。任何人从事任何工作，都要有严谨的工作作风，因为这不仅是对自己的工作负责，更是对自己对他人的安全负责。在水轮发电机组调试过程中，静态模拟试验时，试验人员关注的是机械过速保护装置动作灵敏度及事故配压阀关闭时间。动态试验时，一般机组转速上升至试验转速时为了保证机组安全，试验人员都会立即手动关闭导叶至全关，然后检查机械过速装置和事故配压阀是否正确动作。因此，机械过保护装置动作后事故配压阀的响应时间常常被忽略。
1机械过速保护动作原理
水轮机调速器通过接力器调节活动导叶开度实现水轮机流量调整，进而调整机组转速。调速器一般都具有紧急停机功能，一般情况下机组发生过速时(达到过速设定值)，自动监控系统采集到转速信号后会下发紧急停机动作指令，紧急停机电磁阀动作，从而驱动主配压阀动作关闭活动导叶。为了避免紧急停机功能失效(主配压阀发卡、控制油路堵塞等异常)，调速系统一般也会设置一套事故配压阀(过速限制器)。同时，为防止调速器紧急停机电磁阀和事故配压阀电同时故障(厂用交直流供电系统故障、电磁阀发卡等)，调速系统还会配置一套纯机械过速保护装置，动作优先级别高于电磁阀。常采用的纯机械过速保护装置为离心式，由离心飞摆、脱扣器液压阀、安装环、配重块等部件组成，飞摆和安装环安装于水轮机轴或发电机轴下部。当机组转速达到设定值时离心飞摆柱塞在离心力作用下被甩出，触发脱扣器液压阀动作，液压阀内部油路切换，从而控制事故配压阀动作关闭导叶接力器或圆筒阀接力器动作关闭圆筒阀，实现机组停机。
2原因分析
根据工作原理可知，机械过速保护动作后，事故配压阀通过下腔与回油管接通，活塞下移切断主配压阀，连通接力器开关腔实现导叶关闭，确保机组得到保护。当出现响应时间滞后，造成不能及时关闭导叶的主要原因有如下几点：1）活塞与活塞缸出现卡阻现象。当图拉博动作后，在活塞上下油腔形成了油压差，如果活塞有卡阻现象时，上腔油压不能及时推动活塞下移，将会迟缓事故配压阀的动作时间。2）压力油油质差造成事故配压阀内部油孔有堵塞。如果事故配压阀内部油孔有堵塞现象，当图拉博动作后，由于油路不畅通，供油或泄油不及时均会延缓事故配压阀动作时间。3）图拉博油路不畅。由于图拉博控制油和回油油路均与事故配压阀连接，因此，图拉博动作后如果其油路不畅通仍然会延缓事故配压阀动作时间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆4）泄油管路设计偏小。如果泄油管路直径偏小，将会造成泄油流量受限，致使泄油不畅，依然会影响事故配压阀活塞动作时间。
3存在的问题
后经检查测试，更换纯机械过速保护装置的液压阀后响应时间缩短为3．2s。可以判断延时主要由纯机械过速保护装置液压阀引起，其复位弹簧长期处于压缩位置，导致复位弹簧出现疲劳现象，故阀芯动作响应时间延长，油路建压时间变长，导致整体过速系统响应时间延长。另一方面，液压阀控制油口输出压力油的应用方式对油路充油建压有一定的延时影响。此系统也存在一定缺陷，系统油管路一般通径较小，复位时油管接通回油，管路内容易存在空气，当液压阀动再次作后，压力油进入存有空气的管路，易造成管路振动甚至爆管现象。同时，导叶与圆筒阀各配置一纯机械过速保护装置，系统整体复杂冗余，维护难度和故障率都有所增加。
4系统改造
针对存在的系统延时及冗余问题，对过速保护系统进行改造。将纯机械过速保护装置液压阀1改造为“复归”时输出压力油，“动作”接通回油。同时，将分别控制导叶、圆筒阀的两个纯机械过速装置液压阀合并为一套。对于导叶控制，当机组过速时，离心飞摆动作甩出后，液压阀1动作，输出油源失压，从而使机械过速滑阀控制腔失压换向，机械过速滑阀1动作，事故配压阀控制腔接通回油失压，而事故配压阀恒压腔一直通压力油，事故配压阀主活塞在压差作用下切换到关机位，此时压力油接通导叶关机腔，回油接通导叶开机腔，导叶接力器关闭，机组停机。对于圆筒阀控制，该阀控制腔油源直接采用导叶纯机械过速装置液压阀1油源，与导叶纯机械过速装置形成并联结构。当机组过速时，离心飞摆动作甩出后，液压阀1动作，输出油源失压，从而使机械过速滑阀2控制腔失压换向。压力油从管路13到管路15经梭阀39后至液压换向阀7，并使其动作换向，压力油P2通过液压换向阀接通A1，然后直接驱动控制圆筒阀接力器的比例电磁阀动作，使圆筒阀各接力器(6个)动作关闭圆筒阀，机组停机。改造后对系统进行联动测试，纯机械过速保护装置从飞摆动作到导叶接力器开始动作，过速系统正常响应时间约为3s。同时，圆筒阀系统动作可靠，及时关闭。系统改造达到了预期目的。
5甩油事件处理办法
1）呼吸器甩油整改措施：通过增加呼吸器的高度，有效防止了油珠直接飞溅到油槽外。通过采购与呼吸器材质一致、管径相同的管材，人工焊接，以达到增加呼吸器高度。2）测温电阻出线管甩油整改措施：通过在出线孔处增加盖板，有效阻止油滴飞溅。3）适当降低上导油槽内油位高度（不低于最低设计油位），使机组在运行过程中，油线控制在合理的范围内，减少出现甩油现象的概率。
结语
设计制造出工作性能更可靠、维护更方便的机组过速保护系统是设计施工人员一直探索的问题。本文通过对水轮发电机组导叶、圆筒阀纯机械过速保护系统研究分析，在改造后解决了系统关闭响应延迟，简化了系统，提高了设备动作可靠性，在实际应用中效果良好，为大型水电站机组的纯机械过速保护系统设计、改造提供了参考借鉴。
参考文献:
[1]朱力，胡保修，李科，等．浅析高低水头下机械过速与电气过速在锦屏一级水电站中的应用［J］．文摘版:工程技术，2015，8(37).
[2]刘聪．机械液压过速保护系统在水电站中的应用研究［J］．中国新技术新产品，2014(11):142－143.
[3]张益华．葛洲坝水电站纯机械过速保护改造与试验［J］．水电自动化与大坝监测，2012，36(2):54－57，62.
[4]刘峻，汪文元．瀑布沟水电站圆筒阀设计及应用［J］．工程建设与设计，2014(11):87－89.
[5]何国勤，浅析高低水头下机械过速与电气过速在锦屏一级水电站中的应用［J］．文摘版:工程技术2017.1234-1235.，.
[6]余志强，孔令义，康永林，等.浅析高低水头下机械过速与电气过速在锦屏一级水电站中的应用［J］．文摘版:工程技术，2019，33（3）：15-17.
[7]陈海全．浅析高低水头下机械过速与电气过速在锦屏一级水电站中的应用［J］．文摘版:工程技术，2018(04):156+161．
[8]王瑶珉，施勇军．水电站水轮发电机组的常见故障与维护［J］．科技风，2015(06):26．
论文作者:范作隆
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/9/5
标签：过速论文; 动作论文; 机组论文; 机械论文; 系统论文; 圆筒论文; 事故论文; 《防护工程》2019年12期论文;