電廠重錘關(guān)機系統(tǒng)控制回路改造研究

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[摘要]重錘關(guān)機系統(tǒng)是貫流式機組常采用的事故狀態(tài)停機保護系統(tǒng)，若重錘關(guān)機系統(tǒng)拒動將導(dǎo)致機組發(fā)生嚴重飛逸事故。本文論述百龍灘電廠對重錘關(guān)機系統(tǒng)進行控制回路設(shè)備增設(shè)及改造工作，并介紹新增設(shè)的設(shè)備功能及運用情況。改造后，分別在不同時期對重錘關(guān)機系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)測試，結(jié)果表明改造效果滿足機組關(guān)機保障要求。

[關(guān)鍵詞]重錘關(guān)機；貫流式機組；控制回路；保障；百龍灘電廠

1工程概況

紅水河百龍灘水電廠位于都安瑤族自治縣與馬山縣交界的紅水河中游，為紅水河干流梯級開發(fā)的第七級電廠，水電廠安裝有6臺單機容量為32MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量192MW。百龍灘水電站于1992年10月進場籌建，1999年5月21日6臺機組全部投產(chǎn)發(fā)電。百龍灘水電站建成投產(chǎn)以來，至今已運行20余年，由于上游龍灘梯級電站的興建、大化梯級的擴建以及下游樂灘梯級電站的投入運行等情況變化，百龍灘水電廠的運行條件發(fā)生了較大變化，時常出現(xiàn)變化較大的運行水頭，給電廠的機組穩(wěn)定運行帶來巨大挑戰(zhàn)。

2重錘關(guān)機系統(tǒng)存在的問題

百龍灘水電廠在建廠初期未設(shè)計安裝快速門，僅配置了重錘，未配置重錘關(guān)閉閥，在過速或者其他緊急狀態(tài)時，通過手動排油方式才能將重錘以自重形式關(guān)閉導(dǎo)葉，或者依賴調(diào)速器電氣部分來實現(xiàn)機組的緊急制動，無法及時通過純手動操作關(guān)閉機組，且可靠性較低。改造前廠內(nèi)機組停機流程如圖1所示[1]。由圖1可知，事故停機流程以電磁空氣閥引導(dǎo)進行關(guān)導(dǎo)葉動作保護機組，流程中關(guān)聯(lián)各種配壓閥以及繼電器，極大可能地產(chǎn)生很多不可靠因素，當(dāng)有如下所述情況之一時就會導(dǎo)致停機失敗。（1）緊急停機閥失效。當(dāng)緊急停機電磁閥失效時，油路切換功能不能正常動作，導(dǎo)致導(dǎo)葉及隨動槳葉關(guān)閉失敗，燈泡貫流式機組因轉(zhuǎn)動慣量小極易達到飛逸轉(zhuǎn)速，從而造成水輪機轉(zhuǎn)動部分損壞事故[2]。（2）導(dǎo)葉主配壓閥卡阻拒動。當(dāng)機組發(fā)生過速事件時，人為觸發(fā)緊急停機按鈕后，壓力油通過主配壓閥換向油路使導(dǎo)葉關(guān)閉，這時的重錘裝置只起到了輔助關(guān)閉的作用，關(guān)閉速度由主配管口的大小所控制。當(dāng)機組甩負荷時，如果導(dǎo)葉主配壓閥卡阻拒動，開腔油無法通過主配壓閥換向回到集油槽內(nèi)，導(dǎo)葉將無法及時關(guān)閉使機組轉(zhuǎn)速快速上升，達到飛逸轉(zhuǎn)速后，引發(fā)過速事故。（3）發(fā)生壓力管路爆裂。廠內(nèi)的操作油額定工作壓力為6.0MPa，屬于高壓力等級。當(dāng)油管堵塞，疊加重錘自重，在主配壓閥前的進油管路易發(fā)生壓力過大現(xiàn)象，當(dāng)壓力過大且無法釋壓造成管路爆裂失壓后，導(dǎo)葉將失控，機組轉(zhuǎn)速快速上升，造成過速事故。

3重錘關(guān)機系統(tǒng)改造

按照《水輪機基本技術(shù)條件》（GB/T15468-2020）中第4.2.1.24條“當(dāng)發(fā)生壓力油管內(nèi)油壓低于事故低油壓時，應(yīng)能自動緊急停機”規(guī)定，當(dāng)機組油泵工作處于失常狀態(tài)時，未能及時恢復(fù)正常工作油壓時，應(yīng)能依靠廠內(nèi)設(shè)置的防飛逸設(shè)施即重錘實現(xiàn)無壓自重關(guān)閉導(dǎo)葉的功能。改造前重錘關(guān)機功能不能激活，改造重點在于利用重錘實現(xiàn)導(dǎo)葉接力器的油腔控制，即導(dǎo)葉接力器能實現(xiàn)平壓傳動，亦可叫做“油腔卸荷”[3]，為此增設(shè)遠程控制觸發(fā)信號及增加必要管路實現(xiàn)油路聯(lián)通重新激活重錘關(guān)機功能。重錘關(guān)機系統(tǒng)控制回路改造后的控制流程見圖2。

3.1技術(shù)改造主要增設(shè)部件

技術(shù)改造主要增設(shè)部件見表1。

3.2主要技術(shù)改造項目

（1）增設(shè)重錘關(guān)閉閥體。重錘關(guān)閉閥功能為控制閥內(nèi)各腔體連接狀態(tài)，在重錘關(guān)機系統(tǒng)工作時，切斷重錘閥體與導(dǎo)葉主配閥體的管路聯(lián)通，導(dǎo)葉接力器腔體開腔通過管路與重錘關(guān)閉閥體聯(lián)通，重錘關(guān)閉閥體與集油槽通過管路聯(lián)通，重錘關(guān)閉閥體作為主要壓力油過流部件使導(dǎo)葉接力器開腔直接連接集油槽進行排油。（2）增設(shè)導(dǎo)葉接力器開腔排油管路。該管路使導(dǎo)葉接力器開腔與重錘關(guān)閉閥聯(lián)通，在重錘自重關(guān)閉作用過程中將導(dǎo)葉接力器開腔油通過重錘關(guān)閉閥回油管排至集油槽內(nèi)。（3）增設(shè)導(dǎo)葉接力器關(guān)腔排油管路。該管路采用單向閥連接關(guān)腔與集油槽，從集油槽利用單向油流作用，使關(guān)腔充油間接實現(xiàn)無壓串接的效果。為更可靠完成關(guān)腔充油，設(shè)置兩個重錘單向關(guān)閉閥，增設(shè)從集油槽至關(guān)腔管路兩條。（4）重錘關(guān)閉閥壓力開關(guān)繼電器。選用型號為HED80H-20/100K14AV的可調(diào)式壓力開關(guān)繼電器，該繼電器為上限接點方式，當(dāng)壓力P上升到設(shè)定值時，觸發(fā)接點動作，回路導(dǎo)通。

4重錘關(guān)機系統(tǒng)改造后測試

當(dāng)機組正常運行時，通過調(diào)速系統(tǒng)對導(dǎo)葉及隨動槳葉的控制操作，機組若出現(xiàn)緊急狀況需進行急停時，便能通過重錘關(guān)閉閥芯管路換向?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)葉接力器的油腔卸荷，依靠重錘自重關(guān)閉導(dǎo)葉，對機組進行停機。重錘控制回路增設(shè)改造完成后，利用電廠內(nèi)機組定修試驗機會在2020年5月30日、2020年11月6日、2021年2月2日分別對6#、4#、2#機組進行動水重錘關(guān)機聯(lián)動測試，關(guān)閉時間均小于15s，滿足機組異常停機要求。

5結(jié)語

百龍灘電廠重錘關(guān)機系統(tǒng)控制回路改造完成后，機組運行穩(wěn)定，在過速或其他緊急狀態(tài)時，能通過重錘關(guān)閉閥芯管路換向?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)葉接力器的油腔卸荷，依靠重錘自重關(guān)閉導(dǎo)葉，對機組及時進行停機，消除了原有的隱患，為機組的安全運行提供保障。

作者：盧偉 單位：大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司