大型水輪發(fā)電機調(diào)速器分段關(guān)閉電氣化改造

丁漢生，黃自明

（五凌電力三板溪水電廠，貴州 錦屏556700）

三板溪水電廠裝有4臺255 MW水輪發(fā)電機組，水輪機型號為：HLA855-LJ-505，調(diào)速器型號為：GYWT-6.3-STARS。根據(jù)調(diào)保計算結(jié)論，三板溪水電廠導(dǎo)葉關(guān)閉應(yīng)采取兩段關(guān)閉，第一段關(guān)閉時間5.2 s，第二段關(guān)閉時間19.7 s，分段拐點47%。原設(shè)計調(diào)速器分段關(guān)閉是純機械式，主要包括閥體、液控換向閥、分段關(guān)閉行程閥三部分。液控換向閥、分段關(guān)閉行程閥脫離主閥單獨安裝在接力器附近，再通過長達10 m左右的控制油管控制閥體，存在控制油管過長，控制不精準，易漏油等問題，嚴重影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

1 原分段關(guān)閉閥介紹

為防止水錘事故，確保水輪發(fā)電機組安全可靠運行，原機械式分段關(guān)閉閥采用的是國內(nèi)某調(diào)速器公司生產(chǎn)的FDF-100型純機械式分段關(guān)閉閥，分段關(guān)閉閥閥體安裝在調(diào)速器主配閥與水輪機導(dǎo)葉接力器之間的油路上，通過對接力器關(guān)閉油腔的控制，使接力器具有兩段不同關(guān)閉速度，以滿足水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證計算的要求。閥體結(jié)構(gòu)見圖1。

由于液控換向閥、分段關(guān)閉行程閥遠離閥體安裝在接力器旁，控制油管過長，振動影響因子倍增，導(dǎo)致液控換向閥長時間運行后存在漏油現(xiàn)象，也出現(xiàn)過緊固螺栓斷裂事件，嚴重影響了設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

圖1 分段關(guān)閉閥結(jié)構(gòu)圖

2 分段關(guān)閉閥改造思路

為解決分段關(guān)閉閥先導(dǎo)閥（液控換向閥+分段關(guān)閉行程閥）漏油及緊固螺栓斷裂問題，通過調(diào)研及專業(yè)組討論主要有3種設(shè)計方案：

（1）先導(dǎo)閥換型改造

仍采用機械式分段關(guān)閉閥，僅對先導(dǎo)閥進行換型改造。通過市場考察更換一套密封效果更佳，強度及抗振效果更好的產(chǎn)品。

（2）分段關(guān)閉閥先導(dǎo)閥電氣化改造

將分段關(guān)閉閥的分段關(guān)閉行程閥改為電磁閥，并將原先導(dǎo)閥移至閥體旁，減小控制油管長度并遷離振動影響區(qū)，使分段關(guān)閉閥控制方式由機械控制升級為電氣控制。

（3）分段關(guān)閉閥整體電氣化改造

拆除原機械式分段關(guān)閉閥閥體及先導(dǎo)閥，將分段關(guān)閉閥升級改造成一體式電氣分段關(guān)閉閥，改造后閥體與先導(dǎo)閥將集成在一起。

圖2 改造前先導(dǎo)閥

3 方案論證選擇

先導(dǎo)閥換型改造仍未徹底解決控制油管過長問題及消除振動影響，所以長時間運行后漏油及控制不精準問題仍然存在，所以該方案不可取。分段關(guān)閉閥整體電氣化改造與先導(dǎo)閥單獨電氣化改造需要對比可靠性、投資、施工難度。由于機械式分段關(guān)閉閥閥體一直運行穩(wěn)定，且先導(dǎo)閥單獨電氣化改造投資小，施工容易，所以采取第二種方案先導(dǎo)閥電氣化改造更可取。

4 分段關(guān)閉閥電氣化改造方案

分段關(guān)閉閥電氣化改造主要是對先導(dǎo)閥進行電氣化改造，將先導(dǎo)閥原機械式關(guān)閉行程閥升級為分段關(guān)閉電磁閥。改造后機械部分變化在于分段關(guān)閉行程閥由電磁閥替代，原行程閥下方的液動閥及底板和支架等保持不變，移動至分段關(guān)閉閥閥體旁（支架部分可考慮沿用現(xiàn)場支架或者用角鋼或槽鋼焊接而成），行程閥與液動閥之間的過渡塊改造后需去掉。安裝示意圖見圖3。

圖3 改造安裝示意圖

分段關(guān)閉電磁閥控制方式設(shè)計中動作電源采用交直流冗余，電磁閥型號為4 WE6 D6 X，電磁閥動作控制分兩路冗余控制。一路通過PLC開出，PLC依據(jù)導(dǎo)葉接力器數(shù)值變化來觸發(fā)電氣分段關(guān)閉的動作和復(fù)歸，并具備動作設(shè)定值和復(fù)歸設(shè)定值功能。三板溪使用的MGC系列調(diào)速器本身內(nèi)置電氣分段關(guān)閉功能，程序中分段關(guān)閉SEQUENCE_CLOSE功能模塊如圖4。

圖4 分段關(guān)閉SEQUENCE_CLOSE功能模塊程序段

當B_FD使能參數(shù)設(shè)定為1時，啟用電氣分段功能，B_FD設(shè)置為0時，關(guān)閉電氣分段功能，B_FD參數(shù)為初始化系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)（高一級別），觸摸屏不可設(shè)置。

分段關(guān)閉電磁閥另一路控制通過繼電器回路控制，主要目的是防止PLC失控后無法進行電氣分段關(guān)閉。繼電器回路控制是通過由小于47%導(dǎo)葉開度動作的主令開關(guān)控制觸發(fā)脈沖繼電器來控制分段關(guān)閉閥動作。原理圖見圖5。

圖5 繼電器控制原理圖

5 結(jié)論

分段關(guān)閉閥改造后將分段關(guān)閉閥由“機械控制”升級為“電氣精確控制”，并解決了先導(dǎo)閥漏油隱患，使設(shè)備運行可靠性顯著提高。分段關(guān)閉閥電氣化改造未對閥體進行改動，在各種甩負荷工況下，分段關(guān)閉仍能達到蝸殼進口壓力不大于2.0 MPa，尾水管真空度不大于7.0 m，機組最高轉(zhuǎn)速不大于額定轉(zhuǎn)速1.5倍的要求。本次改造主要特點是改動少，投入小，效果好，值得今后改造中參考。