DEVSSDEVSS離心式機(jī)械過速保護(hù)裝置應(yīng)用研究

查海濤，楊 斌

（江西省電力公司柘林水電廠，江西九江 332000）

0 引言

柘林水電廠4×45 MW水輪發(fā)電機(jī)組上世紀(jì)七十年代投產(chǎn)，當(dāng)時(shí)安裝的調(diào)速器，經(jīng)過兩次更新改造，目前運(yùn)行的是伺服電機(jī)式微機(jī)調(diào)試器。但由于歷史原因一直未加裝機(jī)械過速保護(hù)裝置和事故配壓閥，只在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了機(jī)組的“緊急事故停機(jī)”流程。按照水電站入網(wǎng)安全性評(píng)價(jià)和安全標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這已不能滿足機(jī)組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，因此有必要對(duì)機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行改造，故加裝純機(jī)械過速保護(hù)裝置勢(shì)在必行。

改造的基本思路是保持電氣過速保護(hù)動(dòng)作整定值，選擇DEVSS機(jī)械過速保護(hù)裝置和SGP集成事故配壓閥，在不對(duì)原有調(diào)速系統(tǒng)油路作大的變動(dòng)的前提下，滿足在完全沒有電源的情況下正常工作，實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組過速的雙重保護(hù)。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)過速保護(hù)流程的分析

因?yàn)闆]有安裝機(jī)械過速保護(hù)裝置和事故配壓閥，為了使機(jī)組在緊急情況下能安全、正常地停機(jī)，特在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)有機(jī)組的“緊急事故停機(jī)”流程。流程的啟動(dòng)條件為：當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至145%Ne或停機(jī)過程中導(dǎo)葉剪斷銷發(fā)生剪斷或壓油裝置油壓低于1.60 MPa時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)“緊急事故停機(jī)”流程，自動(dòng)完成以下操作：調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作、導(dǎo)葉全關(guān)、快速落下工作閘門、斷開發(fā)電機(jī)出口斷路器、斷開發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)。

水輪發(fā)電機(jī)組是水力發(fā)電廠的主要設(shè)備，當(dāng)機(jī)組過速而不能有效保護(hù)時(shí)，將導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重的事故。目前采用電氣過速保護(hù)裝置（即在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的“緊急事故停機(jī)”流程）來完成上述任務(wù)。電氣測(cè)速系統(tǒng)采用以齒盤測(cè)頻為主、殘壓測(cè)頻為輔的互為備用方式。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速持續(xù)升高而調(diào)速器調(diào)速失靈時(shí)，轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置發(fā)出過速信號(hào)，啟動(dòng)“緊急事故停機(jī)”流程。但遇到電氣過速保護(hù)裝置因本身電器元件故障而拒動(dòng)或誤動(dòng)，或遇電廠廠用電因故停電，或遇轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置故障無法發(fā)出過速信號(hào)，或遇計(jì)算機(jī)死機(jī)，或遇通訊中斷等等情況時(shí)，就無法形成有效的保護(hù)，致使機(jī)組飛逸，由此會(huì)給電廠和電網(wǎng)帶來巨大的損失，后果不堪設(shè)想。所以這種有源的保護(hù)方式對(duì)電氣設(shè)備可靠性的依賴程度高，在極端情況發(fā)生時(shí)，還不能保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而采用純機(jī)械的過速保護(hù)裝置可以有效地解決這一問題。

2 DEVSS離心式機(jī)械過速保護(hù)裝置

DEVSS機(jī)械過速保護(hù)裝置是一種離心飛逸式的純機(jī)械液壓過速保護(hù)器，它由脫扣器、配壓閥、離心探測(cè)器、安裝環(huán)及其附件組成。其中脫扣器和配壓閥被組裝在一起，形成一個(gè)整體。這種機(jī)械過速保護(hù)裝置適用于水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速保護(hù)，它可以在完全沒有電源的情況下正常工作，使機(jī)組在過速的危險(xiǎn)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)。通過純機(jī)械的方式檢測(cè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到和超過設(shè)定的動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)出保護(hù)信號(hào)，通過液壓放大元件接通相關(guān)的油路驅(qū)動(dòng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)停機(jī)操作，以保證機(jī)組的安全。

離心探測(cè)器如圖1，的核心元件是彈簧和離心塊，彈簧由廠家事先根據(jù)150%Ne過速動(dòng)作時(shí)的離心力被預(yù)壓緊。離心探測(cè)器通過安裝環(huán)固定在機(jī)組大軸上，并可隨機(jī)組大軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)，離心探測(cè)器的離心塊由于離心力大于彈簧的預(yù)緊力而向外運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生向外的位移，當(dāng)這個(gè)位移量等于或大于離心探測(cè)器和脫扣器擺輪之間的安裝間隙時(shí)，離心塊撞擊擺輪，使脫扣器產(chǎn)生脫扣動(dòng)作。

圖1 離心探測(cè)器結(jié)構(gòu)

脫扣后在彈簧扭力作用下，在90°之內(nèi)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)凸輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，從而推動(dòng)配壓閥的活塞桿運(yùn)動(dòng)切換油路，脫扣器的動(dòng)作如圖2。

圖2 脫扣器動(dòng)作示意

3 改造方案

3.1 離心探測(cè)器和脫扣器的安裝

離心探測(cè)器和脫扣器的安裝位置選擇對(duì)于機(jī)械過速保護(hù)裝置的正確動(dòng)作非常關(guān)鍵,需要選擇振動(dòng)、擺動(dòng)較小的大軸部位固定脫扣器組件。

將離心探測(cè)器通過安裝環(huán)固定在水輪機(jī)主軸上，位于機(jī)組齒盤測(cè)速裝置的齒盤正下方，此安裝部位可以方便的進(jìn)行操作且不影響其他部位的工作。同時(shí)，脫扣器和機(jī)械配壓閥通過安裝支架固定在機(jī)組下機(jī)架的下平面上，可以方便的通過螺栓拆卸。這個(gè)部位安裝、維修、調(diào)試均比較方便、安全，如圖3所示。

圖3 機(jī)械過速保護(hù)裝置安裝方式

3.2 液壓系統(tǒng)的改造

在調(diào)速器主配壓閥和接力器之間加裝SGP集成事故配壓閥，從液壓回路上該機(jī)械過速保護(hù)裝置的機(jī)械配壓閥通過兩個(gè)液壓閥被并聯(lián)到了電磁配壓閥上，無論機(jī)械配壓閥還是電磁配壓閥的動(dòng)作，都可以使得事故配壓閥動(dòng)作，作用于事故停機(jī)，如圖4所示。

脫扣器上的微型轉(zhuǎn)換開關(guān)接入機(jī)組的LCU，作為轉(zhuǎn)速信號(hào)用于啟動(dòng)“緊急事故停機(jī)”流程并且發(fā)出“150%Ne轉(zhuǎn)速動(dòng)作”信號(hào)。

當(dāng)離心式機(jī)械過速保護(hù)裝置的機(jī)械液壓脫扣器被離心探測(cè)器所觸發(fā)，其配壓閥通過液控閥使事故配壓閥動(dòng)作并截?cái)嘀髋鋲洪y與導(dǎo)葉接力器的油路，并通過事故配壓閥使接力器關(guān)閉。

當(dāng)“緊急事故停機(jī)”流程啟動(dòng)，開出電磁配壓閥動(dòng)作指令，通過液控閥使事故配壓閥動(dòng)作并截?cái)嘀髋鋲洪y與導(dǎo)葉接力器的油路，并通過事故配壓閥使接力器關(guān)閉。

圖4 改造后的機(jī)械過速保護(hù)系統(tǒng)液壓原理

3.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)流程修改

在“緊急事故停機(jī)”流程的啟動(dòng)條件中新增加：“150%Ne轉(zhuǎn)速動(dòng)作”信號(hào)和“事故配壓閥動(dòng)作”信號(hào)。同時(shí)新增加當(dāng)145%Ne轉(zhuǎn)速動(dòng)作時(shí)，事故配壓閥的電磁配壓閥動(dòng)作開出命令。

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至145%Ne時(shí)，“緊急事故停機(jī)”流程啟動(dòng)，調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作、事故配壓閥電磁配壓閥動(dòng)作、導(dǎo)葉全關(guān)、工作閘門快速落下、發(fā)電機(jī)出口斷路器斷開、發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)斷開，使機(jī)組停機(jī)。

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升至150%Ne時(shí)，機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作，事故配壓閥動(dòng)作，關(guān)閉導(dǎo)葉，直接停機(jī)。同時(shí)啟動(dòng)“緊急事故停機(jī)”流程，完成既定操作。即無論調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥是否動(dòng)作，只要事故配壓閥能正確動(dòng)作，就能關(guān)閉導(dǎo)葉，使機(jī)組停機(jī)。流程能否啟動(dòng)對(duì)停機(jī)已無影響，從而最大限度的保護(hù)了機(jī)組的安全。

4 試驗(yàn)效果

通過機(jī)組C級(jí)檢修，陸續(xù)完成了對(duì)4臺(tái)機(jī)組的機(jī)械過速保護(hù)系統(tǒng)的改造，改造后的過速試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下：

表1 機(jī)組機(jī)械過速試驗(yàn)動(dòng)作值

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，機(jī)械過速保護(hù)裝置試驗(yàn)動(dòng)作值與整定值之間誤差均小于1%。機(jī)組LCU斷電后試驗(yàn)，機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作正確。機(jī)組LCU上電后試驗(yàn)，機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作正確，且“緊急事故停機(jī)”流程順利啟動(dòng)。

這種過速保護(hù)裝置的飛擺通過一個(gè)安裝抱環(huán)固定在水輪機(jī)大軸上，以避免對(duì)主軸進(jìn)行加工，同時(shí)方便檢修。此外，制造工藝也能夠保證整定的動(dòng)作參數(shù)在此后多年的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生偏差。

經(jīng)過試驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證，這種機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、維護(hù)量少。

5 結(jié)論

DEVSS機(jī)械過速保護(hù)裝置能在電氣測(cè)速系統(tǒng)故障或電源故障或調(diào)速器失靈等故障分別或同時(shí)發(fā)生的情況下，利用油壓裝置油壓迅速的實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)，成為機(jī)組最后一道可靠的保護(hù)屏障，確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]周泰經(jīng)，吳應(yīng)文.水輪機(jī)調(diào)速器實(shí)用技術(shù)[D].北京：中國(guó)水利出版社.2010.

[2]ALSTOM機(jī)械過速保護(hù)裝置說明書.武漢安施通電氣有限公司.

[3]SGP集成事故配壓閥說明書.西安江河電站技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司.