深溪溝水電站發(fā)電機制動系統(tǒng)及高壓油頂起裝置

陳勇旭，武 彬

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

深溪溝水電站發(fā)電機制動系統(tǒng)及高壓油頂起裝置

陳勇旭，武 彬

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

介紹了深溪溝水電站設(shè)置的制動系統(tǒng)和高壓油頂起裝置的設(shè)置、布置原理、性能參數(shù)、工作流程等情況，對新建電站“無人值班、少人值守”的運營模式相適應(yīng)的自動控制方式，以及大型水輪發(fā)電機巴氏合金瓦推力軸承使用，均提供了有益的參考。

深溪溝水電站水輪發(fā)電機 制動系統(tǒng) 高壓油頂起裝置

國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠下轄的深溪溝水電站，為大渡河干流規(guī)劃的第十八級電站。該電站為上游瀑布溝水庫的反調(diào)節(jié)電站。電站為河床式廠房樞紐工程，正常蓄水位660.00 m，利用落差40.0 m，裝機容量660 MW，年發(fā)電量32.35億kW·h，枯期電量9.18億kW·h，設(shè)計枯水年枯水期平均出力253MW。電站主廠房內(nèi)布置有4臺軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機，其中發(fā)電機由東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司制造。

1 水輪發(fā)電機制動系統(tǒng)設(shè)置

機組正常停機過程中，由于轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)動慣性大，為避免機組較長時間在低轉(zhuǎn)速下運行，引起推力瓦與鏡板之間的油膜破壞，造成燒瓦事故，在機組停機，轉(zhuǎn)速降到加閘制動轉(zhuǎn)速（30%ne）時，投入0.7 MPa制動氣加閘制動，使機組迅速停機。

機組安裝或檢修期間，將高壓油打入制動器頂起轉(zhuǎn)子，將機組轉(zhuǎn)動部分的重量轉(zhuǎn)移到制動器的缸體上，并傳送到機坑基礎(chǔ)上。

當(dāng)機組停機時間較長，再次開機啟動時，用制動器頂起轉(zhuǎn)子，使推力瓦與鏡板之間重新建立起油膜。

2 深溪溝發(fā)電機制動系統(tǒng)基本參數(shù)

型式：雙活塞油氣腔分開、氣動復(fù)位

3 深溪溝發(fā)電機制動系統(tǒng)布置原理及安裝要求

深溪溝電站制動系統(tǒng)由制動器、制動盤柜、供氣管路、移動式油泵、傳感元件、粉塵吸收裝置以及相關(guān)附件組成。10只雙活塞油氣腔分開、氣動復(fù)位式制動器均勻布置在機組下機架上。每只制動器上設(shè)雙接點行程開關(guān)，能反應(yīng)制動器是否動作或全部復(fù)位。制動塊采用非石棉聚合樹脂材料，摩擦系數(shù)大，磨損率低，粉塵少，不污染環(huán)境。在制動器下層活塞下可送高壓油以頂起轉(zhuǎn)子。并設(shè)機械鎖定裝置，以保持轉(zhuǎn)子在頂起的位置上而無需保持連續(xù)的液壓。1臺DN80的粉塵吸收裝置布置在水輪機層下機架室內(nèi)，通過DN80的環(huán)管收集10臺制動器的粉塵。制動盤柜布置在發(fā)電機層機旁盤柜處，頂轉(zhuǎn)子移動式油泵管路布置在水輪機層。深溪溝制動器包括制動閘板、制動活塞和活塞缸組成。

安裝過程中要求制動閘板應(yīng)該平整、光滑并成水平面。在半徑方向的不水平度不大于0.5 mm，圓周上的起伏（波浪度）不超過1.5～2.0 mm。當(dāng)閘板分塊時，接縫處應(yīng)有2 mm以上的間隙，而且順轉(zhuǎn)動方向檢查，后一塊不能凸出于前一塊。供氣部分管路φ22的不銹鋼管，管接頭采用帶金屬錐度密封的特制接頭，抗壓強度大，密封性能好，能夠消除常見的滴漏現(xiàn)象。

4 深溪溝發(fā)電機制動系統(tǒng)工作流程

制動系統(tǒng)在機組制動時，是用低壓制動氣頂起閘板，使機組制動，同時投入粉塵吸收器，吸收制動器粉塵。以額定轉(zhuǎn)速的30%投入制動，機組在約89.5 s內(nèi)停下見圖1。緊急情況，以額定轉(zhuǎn)速的35%投入制動，機組在99.1 s內(nèi)停下見圖2。在停機過程中，通過制動系統(tǒng)和高壓油頂起裝置共同作用下，可以保證機組平穩(wěn)停機，保障推力軸承運行安全。停機完成后，通過制動盤柜內(nèi)的排氣閥排氣，將制動閘塊落下。

圖1 正常情況，以額定轉(zhuǎn)速的30%投入制動

圖2 緊急情況，以額定轉(zhuǎn)速的35%投入制動

用油頂轉(zhuǎn)子時，使用同一供氣管路及制動缸作為工作元件，啟動一臺自帶油箱的移動式油泵，通過移動式油泵裝置內(nèi)切換閥由供氣管路向制動缸注入13.5 MPa的油壓，頂起缸體，使機組鏡板與推力瓦接觸。深溪溝發(fā)電機轉(zhuǎn)動部分的最大頂升行程為20 mm。頂起后，可投入機械鎖定裝置鎖定。同時，頂轉(zhuǎn)子系統(tǒng)泄壓通過油泵裝置內(nèi)閥門切換油流，使油流回回油箱，以減少系統(tǒng)高壓持續(xù)時間。

5 深溪溝發(fā)電機高壓油頂起裝置設(shè)置目的

在開停機過程中由于機組轉(zhuǎn)速太低，鏡板和軸瓦之間難以形成連續(xù)的油膜以支承轉(zhuǎn)子的荷載，為此必須在轉(zhuǎn)速過渡階段使用高壓油頂起系統(tǒng)。高壓油頂起系統(tǒng)是用高壓油將鏡板頂起，以便在推力瓦和鏡板之間建立承載油膜，從而保證推力軸承的安全起動和停機。高壓油頂起系統(tǒng)的作用是在機組起動和停機的過程中在瓦面建立完全流體潤滑，減小摩擦，避免磨損。

深溪溝發(fā)電機除了制動系統(tǒng)風(fēng)閘具備高壓頂起功能，配置一臺高壓油泵用于檢修或長期停機后頂起轉(zhuǎn)子形成油膜作用外，考慮電站“無人值班“（少人值守）自動化的需要，并結(jié)合深溪溝發(fā)電機采用彈性簇巴氏合金推力軸承瓦的特點，另外設(shè)置了一套高壓油頂起裝置，設(shè)置高壓油頂起系統(tǒng)不僅可以縮短機組啟動時間，而且便于安裝時機組盤車。大中型水輪發(fā)電機組巴氏合金推力軸承大部分都裝有高壓油頂起裝置。機組安裝過程中，吊裝轉(zhuǎn)子時，當(dāng)轉(zhuǎn)子和推力頭將要接觸時，手動投入高壓油頂起裝置，減緩對轉(zhuǎn)子推力軸承的沖擊荷載；同時，對推力軸承進(jìn)行充分潤滑，以便于調(diào)整轉(zhuǎn)子的安裝方位，保證推力軸承不受傷害。機組安裝盤車時投入高壓油頂起裝置，實現(xiàn)手動盤車順利進(jìn)行。

6 深溪溝發(fā)電機高壓油頂起裝置基本參數(shù)

油泵規(guī)格：油壓14 MPa,流量40 L/min

電機功率：15 kW

推力軸承平均面壓：4 MPa

推力瓦：14

發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速：90.9 r/min

7 深溪溝發(fā)電機高壓油頂起裝置布置及原理

圖3 高壓油頂起裝置

深溪溝高壓油頂起裝置布置在水輪機層下機架室內(nèi)，由高壓油泵、驅(qū)動電機以及相關(guān)的控制和監(jiān)測裝置進(jìn)出油管組成見圖3。 油從油槽中引出，經(jīng)過過濾器給高壓泵，高壓泵打出的油經(jīng)過過濾器到高壓管。過濾器配有清潔度指示器，經(jīng)過高壓油管的高壓油經(jīng)彎頭到各瓦的高壓油孔，安全閥控制系統(tǒng)中的壓力。如果安全閥動作，高壓油流向回油管。壓力開關(guān)監(jiān)測油壓，高壓壓力表監(jiān)視油壓。泵關(guān)閉后壓力降低，這時，節(jié)流孔板起單向閥的作用，修正壓力開關(guān)和壓力表的讀數(shù)，必須要降低壓力。高壓油頂起裝置在機組盤車及機組起停的過程中向鏡板注入透平油，裝置從推力油槽取油，透平油經(jīng)壓油泵加壓后悶在壓力油管中通過過濾器、卸荷閥進(jìn)入推力油槽中各環(huán)布的分支油管中，后進(jìn)入推力瓦，在進(jìn)入油孔和瓦面中部由同心圓組成的單個環(huán)形油室相連。機組頂起后，瓦面上的環(huán)形油室作為油壓傳遞面，透平油進(jìn)入每塊推力瓦中進(jìn)行頂起工作后，回到推力油槽中，完成循環(huán)。

推力軸承配有高壓油頂起裝置后，機組開機不受機組開機次數(shù)、停機時間和熱啟動的限制。開機時軸承總是在整體潤滑狀態(tài)下運行，因而無磨損。在高壓油頂起系統(tǒng)關(guān)閉情況下，沒有壓力潤滑油發(fā)電機也可實現(xiàn)惰性停機。

8 高壓油頂起裝置控制方式及流程

深溪溝高壓油頂起裝置的控制采用壓力開關(guān)控制方式，通過壓力開關(guān)控制油泵的起停。壓力開關(guān)分別安裝在壓油泵出口和過濾器出口，壓力開關(guān)可以實現(xiàn)油泵壓力的建立，至設(shè)定值停泵。主備切換，當(dāng)主泵10 s內(nèi)不能建壓后，停主泵，啟用備用泵。過濾器出口壓力開關(guān)用于指示過濾器是否堵塞，當(dāng)主用過濾器堵塞后，報過濾器堵塞，并啟用備用過濾器。

機組啟動前，投入高壓油頂起裝置，至收到機組轉(zhuǎn)速大于95%額定轉(zhuǎn)速信號時，退出高壓油頂起裝置。機組停機時，當(dāng)收到機組空載、機組制動系統(tǒng)有壓后，投入高壓油頂起裝置，當(dāng)機組停下后，收到機組制動粉塵裝置信號、接力器鎖定投入信號、制動閘塊全部頂起、轉(zhuǎn)速小于5%信號后，停止高壓油頂起裝置。

9 結(jié)束語

傳統(tǒng)機組制動及轉(zhuǎn)子頂起功能均由制動系統(tǒng)（風(fēng)閘）來實現(xiàn)，深溪溝水電站機組同時設(shè)置了制動系統(tǒng)及高壓油頂起裝置，其能在計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制下，實現(xiàn)制動系統(tǒng)的制動功能及高壓油頂起裝置自動投入的要求，滿足深溪溝水電站“無人值班”（少人值守）的運營模式。同時，也能通過手動投入制動系統(tǒng)及高壓油頂起裝置，保障機組安裝和檢修工作的順利完成。

TV734.2

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1672-5387（2010）06-0059-03

2010-10-08

陳勇旭（1985-），男，助理工程師，從事水電站運行維護(hù)工作。