水電站中機械液壓過速保護系統(tǒng)的應(yīng)用

李猛

（柬埔寨水電開發(fā)有限公司，湖北 襄陽 441804）

在經(jīng)濟快速發(fā)展的情況下，電力行業(yè)的負擔越來越大，建設(shè)大型水電站可以有效的緩解電力供應(yīng)壓力。隨著水電站建設(shè)環(huán)境的不同，水的流速也會存在一定的差距。在一些較為特殊的情況下，水力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速可能會大幅度超過標準值，造成事故的發(fā)生。因此，人們對發(fā)電機組過速保護設(shè)備的關(guān)注度越來越高，機械液壓過速保護系統(tǒng)具有非常高的保護性能，可以有效的避免過速故障的發(fā)生。

1 機械液壓過速保護系統(tǒng)的作用

在水電站的工作過程中，發(fā)電機組具有著關(guān)鍵性的作用，如果發(fā)生故障，就會嚴重的影響水電站的穩(wěn)定工作，還有可能導(dǎo)致發(fā)電機組發(fā)生飛逸的大型事故，造成嚴重的經(jīng)濟損失?；诖朔N情況，可以得出在水電站的設(shè)計過程中，發(fā)電機組的保護系統(tǒng)設(shè)計是重中之重。

在水電站進行發(fā)電的工作中，時常會出現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)子速度過快的問題，在發(fā)生這種情況時，通常是使用專用設(shè)備調(diào)速器進行調(diào)整。如果調(diào)速器已經(jīng)不能夠控制，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的速度沒有降低到正常的水平，這時發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速監(jiān)測設(shè)備就發(fā)出信號啟動過速保護系統(tǒng)，將發(fā)電機組的進水管道封閉使轉(zhuǎn)子停止，達到對水電站發(fā)電機組的保護效果。根據(jù)當下的實際應(yīng)用情況，國內(nèi)的水電站大部分使用的都是電氣控制過速保護系統(tǒng)，它是一種電氣自動化控制系統(tǒng)，可以使用計算機監(jiān)測，但是此系統(tǒng)必須依靠專用的發(fā)電機測速設(shè)備，如果測速設(shè)備發(fā)生故障的同時又發(fā)生過速問題，則此系統(tǒng)將無法起到保護效果。另一方面，電氣控制過速保護系統(tǒng)在運行工作時需要使用電能，因此如果水電站的供電出現(xiàn)問題，也會導(dǎo)致此系統(tǒng)無法起到有效的保護作用。在水電站的實際運行工作中，發(fā)電機組過速是非常嚴重的問題，不盡快處理就極可能導(dǎo)致大型飛逸事故，不僅會使企業(yè)出現(xiàn)經(jīng)濟損失，還會對工作人員的人身安全造成威脅。機械液壓過速保護系統(tǒng)具有操作簡單、建造便捷、成本低廉以及其它多種性能優(yōu)勢，最重要的一點是，機械液壓過速保護系統(tǒng)在進行保護工作時，不需要配備電能供應(yīng)設(shè)備，所以在水電站中具有非常好的應(yīng)用前景。而且機械液壓過速保護裝置不需要使用專用設(shè)備對發(fā)電機的轉(zhuǎn)速進行監(jiān)測，而是使用其系統(tǒng)自帶的離心探測設(shè)備進行轉(zhuǎn)速監(jiān)測，如果發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速過快，保護系統(tǒng)就會控制啟動液壓設(shè)備以封閉進水管道，使轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，有效防止水電站發(fā)電機組飛逸事故，提高水電站運轉(zhuǎn)的安全性。

2 機械液壓過速保護系統(tǒng)的工作原理以及特點

機械液壓過速保護系統(tǒng)通常由四個部分組成，分別為離心探測器、切換閥、脫扣器和機械位置開關(guān)，其中離心探測器的主要作用是實時的監(jiān)測發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)速度，通常會放置在大型發(fā)電機組的旋轉(zhuǎn)主軸上。離心探測器內(nèi)會安裝一個壓力彈簧，主軸在旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生一個離心力給彈簧施加壓力。在發(fā)動機組的運轉(zhuǎn)速度與標準值相符時，所產(chǎn)生的離心力相對較小，所以壓力彈簧不會產(chǎn)生劇烈變化，這時的過速保護系統(tǒng)不會啟動。隨著發(fā)電機組轉(zhuǎn)速的提升，離心力也會不斷的增大，當壓力彈簧所承受的壓力達到一定值時，彈簧會被大幅度壓縮，從而使與其相連的活動柱塞發(fā)生位移撞擊切換閥，然后激發(fā)過速保護系統(tǒng)。在系統(tǒng)被激活的情況下，隨著切換閥的變化，從而改變液壓系統(tǒng)壓力油的流動方向，使配壓閥的進出口產(chǎn)生壓力差距，推動其移動連通液壓管道，然后壓力油會繼續(xù)流動進入導(dǎo)葉接力器，激活接力器就會落下水閘并關(guān)閉導(dǎo)葉，最終完成發(fā)電機組的關(guān)閉。在進行這個過程的同時，機械液壓過速保護系統(tǒng)會向水電站的監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號，以提示技術(shù)人員發(fā)電機組出現(xiàn)故障，以便及時處理，降低損失。

3 機械液壓過速保護系統(tǒng)的注意事項

在水電站安裝機械液壓過速保護系統(tǒng)時，經(jīng)常會因為技術(shù)人員的失誤而造成安裝漏洞，導(dǎo)致系統(tǒng)使用出現(xiàn)問題，基于這種情況，介紹了一些需要特別關(guān)注的事項，可以有效防止安裝失誤，避免損失。在安裝最開始要注意的是，在安裝離心探測器、切換閥和活動柱塞時，各器件之間的距離應(yīng)該要與生產(chǎn)廠家的安裝標準相符合，切換閥安裝方向要與系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)定方向相符，避免發(fā)動機組發(fā)生過速問題時，保護系統(tǒng)的激發(fā)失效。隨著發(fā)電機組安裝環(huán)境以及尺寸規(guī)格的不同，其轉(zhuǎn)速也存在著一些區(qū)別，如果發(fā)電機組規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度過低，在發(fā)生過速問題時產(chǎn)生的離心力也會很小，有可能無法壓縮彈簧。所以對于此類發(fā)電機組，在進行離心探測器的安裝時，要特別注意安裝的位置，如果安裝的位置與設(shè)計有所偏差，就可能導(dǎo)致離心探測器在工作時不僅需要承受離心力，還需要負擔重力，最終造成保護系統(tǒng)的失靈。在正常的情況下，如果安裝離心探測器的位置是發(fā)電機組主軸的上方，則離心探測器所受到的重力以及離心力的方向正好相反，會發(fā)生力的相互抵消，安裝位置越靠近正上方則抵消的越明顯，因此，正確的離心探測器安裝位置應(yīng)該是發(fā)電機主軸的垂直下方，使離心力和重力的作用方向相同，可以相互疊加，這樣保護系統(tǒng)才可以被正常的激活。安裝機械液壓過速保護系統(tǒng)的工序全部結(jié)束后，應(yīng)在沒有水力輸送的狀態(tài)下進行模擬試驗，觀察保護系統(tǒng)能否正常的運轉(zhuǎn)，各部分的動作是否存在問題，以確保在發(fā)生發(fā)電機組過速問題時，能夠起到有效的保護效果。如果是在平時對發(fā)電機組檢修時，將離心探測器從發(fā)電機組主軸上拆除后再安裝，也需要進行模擬試驗。在機械液壓過速保護系統(tǒng)被激活以后，技術(shù)人員必須去手動關(guān)閉，才可以還原回初始的待機狀態(tài)。

4 國內(nèi)的機械液壓過速保護系統(tǒng)應(yīng)用狀況

在上個世紀我國水電站的前期發(fā)展中，使用的發(fā)電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控設(shè)備都需要消耗電力，這種設(shè)備不僅容易發(fā)生故障，對電力供應(yīng)要求極高，極易出現(xiàn)保護失效。

上世紀50年代，機械制造一直是我國的發(fā)展重點，隨著近年來人們對于機械自動化關(guān)注度的提高，現(xiàn)代水電站設(shè)計也在向著無人自動化控制的方向努力著。由于傳統(tǒng)的過速保護系統(tǒng)已經(jīng)不能很好的滿足現(xiàn)代水電站的需要，所以新型過速保護系統(tǒng)的出現(xiàn)非常重要。機械液壓過速保護系統(tǒng)由于其設(shè)計合理、運行可靠、性價比高等諸多優(yōu)勢，而且此系統(tǒng)可以在沒有電能供應(yīng)和無人看管的情況下獨立的完成對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速監(jiān)測及安全保護工作，所以在現(xiàn)代化水電站的設(shè)計建設(shè)過程中被廣泛的使用。自改革開放來，國內(nèi)及國外市場的交流溝通日益增多，很多國外的機械液壓過速保護產(chǎn)品進入了我國的市場，并由于其較為先進的生產(chǎn)技術(shù)，迅速的占領(lǐng)了一部分國內(nèi)市場，對國產(chǎn)產(chǎn)品的銷售造成了一定的沖擊。雖然進口設(shè)備的技術(shù)較為領(lǐng)先，但也存在著一定的缺陷，例如進口設(shè)備在和我國的水力發(fā)電機組進行對接時，可能會存在著一定不匹配，造成安全隱患。而且使用進口設(shè)備的經(jīng)濟成本較高，如果出現(xiàn)故障，進行維修也非常麻煩。在這種背景下，我國相關(guān)的裝備制造企業(yè)應(yīng)該積極研發(fā)高性能的機械液壓過速保護設(shè)備，降低國內(nèi)水電站對進口產(chǎn)品的依賴性，增加國內(nèi)企業(yè)的經(jīng)濟收益。

5 JBX機械液壓過速保護設(shè)備

JBX機械液壓過速保護設(shè)備集成了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)勢。該機械液壓過速保護系統(tǒng)主要由過速探測器、過速保護器組成，屬于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備的純機械無源過速保護裝置。當發(fā)電機組轉(zhuǎn)速過高達到設(shè)定值的時候，同時水電站轉(zhuǎn)速信號裝置與調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法暫停發(fā)電機組運行，JXB機械液壓過速保護設(shè)備就可以通過油壓裝置油壓切換油路，利用液壓系統(tǒng)暫停發(fā)電機組運行，避免飛逸事故的發(fā)生。圖1為JXB機械液壓過速保護設(shè)備原理圖。

圖1 JXB機械液壓過速保護裝置原理圖

圖1中1為過速探測器，2為過速保護器。過速探測器的主要元件包括離心塊與彈簧，過速保護器的主要元件包括機械液壓閥、脫扣器與機械位置開關(guān)。JXB機械液壓過速保護系統(tǒng)可以由兩個分瓣圓環(huán)法蘭環(huán)固定安裝在水輪機主軸上。如水輪發(fā)電機處于正常運行狀態(tài)，機組轉(zhuǎn)動對過速探測器1上的離心塊3產(chǎn)生的離心力過小，無法觸動棘輪7，這時過速保護裝置處于正常狀態(tài)，同時機械液壓閥11處于未切換狀態(tài)。伴隨著機組轉(zhuǎn)速增加，過速探測器1上的離心塊3將伴隨著水電機組轉(zhuǎn)動而增加離心力，離心塊3將沿徑向往外滑動。如發(fā)電機組轉(zhuǎn)速升高超過過速保護設(shè)定值時，離心塊3則會觸動棘輪7，這時被棘輪7限位的軸8鎖扣被解開，并且在彈簧的影響下帶動凸輪9一同旋轉(zhuǎn)，而凸輪9則會帶動機械液壓閥11切換油路，輸入代表機組過速信號來提供給監(jiān)控使用。機械液壓閥11換油路能快速關(guān)閉軸流、混流、貫流式機組導(dǎo)葉接力器，從而避免飛逸事故的出現(xiàn)。如發(fā)電機組停機故障得到排除后，應(yīng)該手動復(fù)位過度保護器棘輪，以供發(fā)電機組再次開機。

6 結(jié)語

綜上所述，機械液壓過速保護系統(tǒng)具有多種性能優(yōu)勢，可以在多種情況下進行發(fā)電機組的過速保護，保證了發(fā)電機組的正常運行，有效避免了事故的發(fā)生，降低了過速故障的發(fā)生率，保護了技術(shù)人員的人身安全，提升了發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟收益。

參考文獻：

[1]余后培.官地水電站機械液壓過速保護系統(tǒng)應(yīng)用探析[J].科技展望,2016,26(17):122.