龍灘水電廠主配壓閥結構與內泄漏分析

陳峰兵

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電廠主配壓閥結構與內泄漏分析

陳峰兵

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

水輪機調速系統是水輪發(fā)電機組中核心控制系統之一,主配壓閥則是調速器機械液壓系統的關鍵設備之一。龍灘水電廠5號機組小修后,調速器停機狀態(tài)下內泄漏量較修前明顯增加。通過分析龍灘水電廠調速器主配壓閥的結構特點,對主配壓閥活塞位置與主配壓閥內泄漏量的變化規(guī)律進行分析,提出了降低內泄漏量的建議。

調速器；主配壓閥；搭疊量；泄漏；龍灘水力發(fā)電廠

水輪機調速系統是水輪發(fā)電機組中核心控制系統之一,承擔著水輪發(fā)電機組的開機、停機和實時轉速調節(jié)等任務。主配壓閥則是調速器機械液壓系統的關鍵設備之一,能夠將接收到的控制信號放大成相應方向、成比例、滿足接力器流量要求的液壓信號來操作接力器,控制導葉的開啟或關閉,實施對進水流量的調節(jié),從而控制水輪發(fā)電機組轉速。

主配壓閥閥盤厚度與控制窗口高度之差的一半稱為搭疊量；主配壓的閥盤與襯套內孔之間的徑向縫隙稱為間隙。主配壓閥油流泄漏量、動作死區(qū)和動態(tài)性能等各項指標與搭疊量和間隙的大小密切相關。

1 龍灘水電廠主配壓閥的結構特點

龍灘水電廠采用的主配壓閥為ALSTOM公司的產品,從工作原理上看,這是一個三位五通閥,其結構如圖1所示。

圖1 主配壓閥結構示意

該主配壓閥采用了立式三閥盤結構,由閥體、活塞和襯套等組成,活塞直徑為250 mm。上控制腔為恒壓腔,與壓力油源連通,下控制腔與伺服比例閥或手動控制閥的輸出口連通,其液壓控制信號的大小和方向決定油的體積,控制了活塞的位置,與主配壓閥活塞相連的位移傳感器將其位移量反饋給電氣控制系統?；钊_側最大可調行程20 mm,關側最大行程30 mm,主配壓閥開關腔設計搭疊量均為0.5 mm。

主配壓閥活塞上方安裝有流量反饋閥。流量反饋閥活塞上部直徑比下部直徑小0.5 mm,油壓使活塞始終有一定向下的壓力,加上活塞自重,流量反饋閥活塞始終與主配壓閥活塞緊密接觸。手動運行狀態(tài)下,流量反饋閥的控制油口與主配壓閥下控制腔連通,當主配位置由中位上移時,流量反饋閥活塞隨之上移,控制口與排油連通,主配底部控制腔的油經流量反饋閥油排出,致使主配活塞下落。反之,當主配位置由中位下移時,流量反饋閥活塞隨之下移,控制口與壓力油源連通,經流量反饋閥流入主配底部控制腔,致使主配活塞上移,活塞最終在實際中間位置保持平衡。調速器切至自動運行后,流量反饋閥不再參與主配壓閥活塞的動作控制。

2 主配壓閥泄漏問題的提出

2011年4月,龍灘水電廠5號機組小修后,機組停機時壓油泵啟泵間隔由修前40 min/次縮短至20 min/次,調速器停機狀態(tài)下內泄漏量較修前明顯增加,從回油箱蓋板處觀察發(fā)現,調速器的漏油大部分來自主配壓閥開、關腔排油口,其余部位未發(fā)現顯著漏油點。開機帶穩(wěn)定負荷時,調速系統壓油泵啟動間隔與修前無明顯變化。

通過調速器手自動切換、修改主配中位、比例閥切換、主備用UPC(轉速/頻率處理單元)切換等方式使主配壓閥活塞在中間位置移動時發(fā)現：當主配壓閥活塞位于實際中間位置偏關0.6 mm左右時,主配壓閥開腔回油管漏油較大；在手動狀態(tài)和投入緊急停機電磁閥情況下,主配壓閥回油管路漏油較?。徽{整主配壓閥活塞位置由實際中間位置向開側方向微動,主配壓閥內泄漏量有所降低。

從檢查結果來看,漏油主要集中在主配壓閥上,且主配壓閥活塞在中間位置附近的移動值對主配壓閥內泄漏量有較大影響,有必要進一步分析主配壓閥活塞位置變化與其泄漏量的規(guī)律,根據分析結果采取相應措施,降低停機狀態(tài)下的主配壓閥內泄漏量,延長油泵啟動周期。

3 主配壓閥內泄漏特性分析

在接力器全關的情況下,為簡化主配壓閥活塞由實際中間位置向關側移動過程中遮程(主配壓閥閥盤控制邊與襯套控制口之間的軸向距離)變化對主配壓閥泄漏量影響的分析過程,假定主配壓閥至接力器開關腔的管路無滲漏,且接力器活塞密封良好。

由于縫隙液流的雷諾數很小,計算泄漏量可以不考慮層流起始段對縫隙流量的影響,計算通過活塞縫隙的泄漏量可采用環(huán)形縫隙流公式,即

(1)

式中,Q為流經縫隙的泄漏量；d為活塞直徑；h為縫隙徑向間隙；Δp為縫隙兩端壓力差；μ為油液動力粘度；C為層流起始段影響系數,本文令C=1；L為遮程。

(2)

式中,P為油源工作壓力；Q1為油源經由主配壓閥開腔的泄漏量；P1為開腔壓力；Q2為油源經由主配壓閥關腔的泄漏量；P2為關腔壓力；x為活塞相對幾何中間位置的移動值。

由式(2)可得

(3)

(4)

圖2 活塞位置變化與其泄漏量關系

由式(3)、(4)計算出泄漏量變化趨勢與活塞位移量的關系見圖2。

龍灘水電廠對5號機調速器泄漏量與主配壓閥活塞位置的關系進行了試驗。通過多種方式使主配壓閥活塞在中間位置移動,記錄主配壓閥位置及油泵啟動時間間隔,實測出調速器總泄漏量與主配壓閥活塞位置關系如圖2所示。

需要注意的是,主配壓閥活塞的幾何中間位置是活塞兩側搭疊量相等的位置,實際中間位置是能夠保證接力器在任意位置(除兩端)穩(wěn)定時主配壓閥活塞所處的位置,實際中間位置與幾何中間位置并不一致。龍灘水電廠調速系統的分段關閉裝置裝設在接力器開腔油管上,其內部泄漏直接排至回油箱,主配壓閥活塞必須由幾何中間位置向開側偏移使接力器兩側油壓獲得平衡,5號機主配壓閥活塞的實際中間位置則與幾何中間位置相差了約0.6 mm。

從圖2可以看出,試驗得出的泄露量與計算得

出的趨勢是基本一致的。當主配壓閥活塞由幾何中間位置向關閉側移動時,如活塞兩側均為正搭疊,泄漏量均較大；當活塞一側為正開口時,隨著活塞另一側遮程的增加,泄漏量逐漸降低。

機組停機未投入緊急停機電磁閥的情況下,主配壓閥活塞的位置可以通過導葉全關開度參數(一般取0～0.5%)進行調整,設置較低的導葉全關開度參數可以增加主配活塞由實際中間位置向關側的移動值。經過分析認為,5號機小修后,停機時調速器主配活塞停留在內泄漏量最大位置的原因是修后率定的接力器位置全關位置與修前率定值存在一定的偏差。

4 結論與建議

為保持導葉開度不變而調整的實際中間位置并不一定是主配壓閥的幾何中間位置,如接力器開、關腔油管存在泄漏時,主配壓閥實際中間位置將偏離幾何中間位置。

機組停機時,主配壓閥活塞應盡量向關閉側移動,這樣不僅可以使接力器開關腔獲得一個足夠大的壓差來壓緊導葉,減少機組停機時的導葉漏水量,還可以減少主配壓閥內泄漏量,減少油壓裝置油泵啟動次數。

[1]劉冀民, 孫松林, 劉啟定, 等. 三位液壓換向滑閥對中性對其內泄漏量的影響[J]. 農業(yè)機械學報, 2001, 32(5)： 72- 74．

[2]李建華, 朱軍, 許棟, 等. DN250主配壓閥國產化的研究[J]. 電氣技術, 2010(8): 100- 102．

(責任編輯 王 琪)

龍灘水力發(fā)電廠爭發(fā)電量成效顯著

進入2月份以來，龍灘水力發(fā)電廠以中國大唐集團公司、大唐廣西分公司2017年工作會議精神為指導，抓住“全面提升年”重點工作，把爭發(fā)電量作為當前經營工作的首要任務，提升管理，優(yōu)化調度，全力以赴抓好增發(fā)電量工作。截至2月28日，2月份已完成發(fā)電任務的113.9%，爭發(fā)電量成效顯著。

為確保機組安全穩(wěn)定運行，該廠積極開展春檢活動，對該廠安全生產的重點部位、重要設備、重大危險源等進行了拉網式的全面安全大排查。為使排查工作切實發(fā)揮大作用，精心制訂檢查方案，細化檢查表格，將檢查內容和整改責任細化到每個環(huán)節(jié)、每個崗位、每個人，確保各項檢查到位，不留任何死角，本質安全。今春機組檢修啟動以來，該廠通過事前技術準備、事中過程控制、事后效果評估等各階段進行全過程控制，提高檢修質量。目前已完成5臺機組、3條線路的檢修工作，確保了機組的安全運行，為爭發(fā)電量打下了基礎。

在優(yōu)化機組運行方式上，該廠根據南方電網公司下發(fā)的計劃曲線、機組性能、機組運行水頭和系統運行方式可靠性，合理安排啟停順序，啟停時機，使運行機組盡可能長時間運行于最優(yōu)工況區(qū)，從而提高機組運行效率，降低水耗，增加發(fā)電量。

受夜間低負荷期系統電壓高的影響，該廠機組常處于允許短時運行區(qū)運行，不僅降低了機組運行效率，而且因機組振動、擺度增大，威脅機組的安全，降低機組使用壽命。對此，該廠積極與調度溝通，申請增加機組出力，改善機組運行工況，為爭發(fā)電量起到了積極作用。

(龍灘水力發(fā)電廠 黃 瑩)

Structure and Internal Leakage Analysis of Main Distributing Valve in Longtan Hydropower Plant

CHEN Fengbing

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The speed regulating system of hydraulic turbine is one of the core control systems in hydroelectric generating set, and the main distributing valve is one of the key equipment of hydraulic system of governor. The amount of internal leakage of governor of Unit 5 during shut down period after minor repair in Longtan Hydropower Plant is found to increase significantly. For solving this problem, the structural features of main distributing valve of governor in Longtan Hydropower Plant are analyzed, and the change rule between piston position and leakage volume of main distributing valve is also analyzed. Finally, some suggestions to reduce the internal leakage are put forward．

governor; main distributing valve; overlap value; leakage; Longtan Hydropower Plant

2016- 02- 16

陳峰兵(1982—),男,江蘇如皋人,工程師,主要從事水輪發(fā)電機組檢修維護工作．

TM312.1(267)

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0559- 9342(2017)04- 0069- 03