燈泡貫流機(jī)組動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施研究

姚建中

（中國電建集團(tuán)海外投資有限公司，北京 100048）

1 概述

南歐江一級(jí)水電站位于老撾境內(nèi)，為南歐江流域7個(gè)梯級(jí)水電站的最末一級(jí)，電站布置有4臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量180MW，于2020年全部投產(chǎn)發(fā)電。根據(jù)運(yùn)行需求，重錘作為燈泡貫流機(jī)組在調(diào)速器發(fā)生故障無法工作或者壓力油罐失壓時(shí)，通過重力關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉的最后手段，水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)進(jìn)行動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)，驗(yàn)證重錘關(guān)機(jī)裝置能否安全、可靠的關(guān)閉導(dǎo)葉，從而使機(jī)組停機(jī)。

2 技術(shù)參數(shù)

機(jī)組主要參數(shù)如下。

機(jī)組型式：燈泡貫流式。

機(jī)組容量：45MW。

額定水頭：16m。

轉(zhuǎn)輪直徑：5850mm。

調(diào)速器工作油壓：6.3MPa。

重錘重量：約31t。

調(diào)保計(jì)算導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間：第一段（100%～40%開度）關(guān)閉時(shí)長3.6s，第二段（40%～0開度）關(guān)閉時(shí)長7.2s。

空轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開度：9%（H=17m）。

額定負(fù)荷導(dǎo)葉開度：約68%（H=17m）。

3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)原理

根據(jù)主機(jī)設(shè)備廠提供的《重錘關(guān)機(jī)原理》及《機(jī)組事故停機(jī)流程圖》，正常情況下，機(jī)組導(dǎo)葉通過調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)和關(guān)閉。本試驗(yàn)通過相應(yīng)的臨時(shí)措施，在重錘關(guān)機(jī)裝置投入關(guān)閉后，使導(dǎo)葉主配居中不動(dòng)作，從而達(dá)到切斷導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和關(guān)閉的油壓，導(dǎo)葉接力器開腔與調(diào)速器回油箱直接連通回油，導(dǎo)葉接力器關(guān)腔直接從調(diào)速器回油箱補(bǔ)油，導(dǎo)葉僅在重錘的重力作用下關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)了在動(dòng)水情況下，無油源關(guān)閉導(dǎo)葉即機(jī)組關(guān)機(jī)的測試。液壓原理圖如1。

機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，自機(jī)械過速保護(hù)裝置的壓力油控制重錘卸荷閥動(dòng)作，插裝閥2開啟，插裝閥1關(guān)閉，卸除接力器開腔的油壓，接力器開腔與調(diào)速器集油箱直接相通。此時(shí)，接力器關(guān)腔即使失去調(diào)速器主配提供的油壓（如主配拒動(dòng)），那么導(dǎo)葉也會(huì)在重錘的作用下關(guān)閉，關(guān)腔支管上的單向閥自動(dòng)開啟，直接由調(diào)速器集油箱向接力器關(guān)腔補(bǔ)油，由重錘操作導(dǎo)葉關(guān)閉完成停機(jī)。重錘操作導(dǎo)葉動(dòng)作的油流路徑如圖1中紅線所示。

圖1 操作油的正常路徑（藍(lán)色）與機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)的路徑（紅色）

3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)的必要條件首先是機(jī)組在靜態(tài)情況下完成重錘關(guān)機(jī)裝置、機(jī)械過速保護(hù)裝置的調(diào)試，各項(xiàng)調(diào)試結(jié)果自動(dòng)控制流程正常；機(jī)組完成甩負(fù)荷試驗(yàn)，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求；另外，由于動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)過程中僅由重錘作用關(guān)閉導(dǎo)葉，為了保證設(shè)備安全，調(diào)整機(jī)組事故停機(jī)程序，具有機(jī)組過速自動(dòng)保護(hù)功能。

（1）根據(jù)機(jī)組甩50%、75%額定負(fù)荷試驗(yàn)成果，轉(zhuǎn)速上升即達(dá)到125.7%和135.4%額定轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速表上115%信號(hào)設(shè)定值調(diào)整為140%，避免調(diào)速器現(xiàn)地狀態(tài)下，由“轉(zhuǎn)速115%額定轉(zhuǎn)速+主配拒動(dòng)”提前觸發(fā)“緊急事故停機(jī)令”，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗，同時(shí)具有過速保護(hù)功能。

（2）監(jiān)控程序臨時(shí)屏蔽“重錘卸荷閥動(dòng)作”引起監(jiān)控程序“緊急事故停機(jī)”命令開出的“調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作”命令。

（3）臨時(shí)增加“電氣事故、機(jī)械事故、轉(zhuǎn)速140% Ne、轉(zhuǎn)速150%Ne 、轉(zhuǎn)速155%Ne”等信號(hào)，開出“調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥”信號(hào)。

動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)首先進(jìn)行靜水試驗(yàn)，驗(yàn)證重錘關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間和調(diào)速器油壓關(guān)閉時(shí)間相近，確認(rèn)試驗(yàn)的可行性；然后依次進(jìn)行空載狀態(tài)、小負(fù)荷試驗(yàn)、大負(fù)荷試驗(yàn)，逐步增加導(dǎo)葉開度試驗(yàn)，以驗(yàn)證試驗(yàn)方案可靠性，并保證設(shè)備安全。

4 試驗(yàn)步驟

4.1 靜水試驗(yàn)

流道靜水時(shí)，在導(dǎo)葉不同開度情況下，測試重錘關(guān)閉導(dǎo)葉情況及時(shí)間測試。導(dǎo)葉開度給定分別設(shè)置為：9%（空載態(tài)開度）、47%（50%負(fù)荷開度）、70%（100%負(fù)荷）、100%（全開），啟動(dòng)水輪機(jī)仿真測試儀錄波，試驗(yàn)并記錄以下工況下導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律如表1。

表1

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，純重錘關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間和調(diào)速器液壓關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間吻合，偏差較小，可以進(jìn)行后續(xù)動(dòng)水試驗(yàn)。

4.2 機(jī)組空載態(tài)試驗(yàn)

機(jī)組開機(jī)至空載態(tài)，運(yùn)行穩(wěn)定后調(diào)速器切入手動(dòng)狀態(tài)，手動(dòng)投入重錘卸荷閥，確認(rèn)電氣控制程序正確（試驗(yàn)過程中不投入關(guān)腔油壓）；監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機(jī)”命令，啟動(dòng)停機(jī)流程，在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度，當(dāng)導(dǎo)葉開度無明顯下降時(shí)，手動(dòng)投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥，確認(rèn)導(dǎo)葉全部關(guān)閉，完成停機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2

4.3 小負(fù)荷重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)(4MW)

測試目的：試驗(yàn)重錘關(guān)閉導(dǎo)葉。

機(jī)組正常開機(jī)帶負(fù)荷至4MW，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后，調(diào)速器切入手動(dòng)狀態(tài)，投入重錘卸荷閥，監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機(jī)”命令，跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器、滅磁開關(guān)，啟動(dòng)停機(jī)流程；在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度，當(dāng)導(dǎo)葉開度無明顯下降時(shí)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥，確認(rèn)導(dǎo)葉全部關(guān)閉，完成停機(jī)。

圖2

表3

4.4 機(jī)組帶50%試驗(yàn)(22.5MW)

機(jī)組正常開機(jī)至帶50%額定負(fù)荷，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后，調(diào)速器切入手動(dòng)狀態(tài)，投入重錘卸荷閥，監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機(jī)”命令，跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器、滅磁開關(guān)，啟動(dòng)停機(jī)流程，在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度，當(dāng)導(dǎo)葉開度無明顯下降時(shí)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥，確認(rèn)導(dǎo)葉全部關(guān)閉，完成停機(jī)。

圖3

表4

鑒于老撾電網(wǎng)容量較小，調(diào)度中心未允許繼續(xù)增加負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)，但所取得的試驗(yàn)結(jié)果已可以驗(yàn)證重錘可以在調(diào)速器失靈的情況下將導(dǎo)葉關(guān)閉，保證設(shè)備安全。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)檢查，并將監(jiān)控程序和定值設(shè)置恢復(fù)至正常狀態(tài)。

5 結(jié)語

（1）機(jī)組靜態(tài)調(diào)試和靜水純重錘關(guān)閉導(dǎo)葉的時(shí)間與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)基本吻合，測試是動(dòng)水試驗(yàn)的必要過程和保證試驗(yàn)安全的先決條件。

（2）試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及臨時(shí)控制程序的設(shè)置既保證了試驗(yàn)的有效性，確保了試驗(yàn)過程中接力器關(guān)腔無油壓，實(shí)現(xiàn)了純重錘關(guān)機(jī)，同時(shí)考慮了多重自動(dòng)、手動(dòng)保護(hù)，保證機(jī)組可靠停機(jī)。

（3）重錘的重量是動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)的主要因素，在設(shè)備訂貨期間，應(yīng)根據(jù)模式試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場布置空間，詳細(xì)計(jì)算導(dǎo)葉關(guān)閉的水力矩和摩擦力矩，復(fù)核重錘的重量，并留有一定裕量，以保證燈泡貫流機(jī)組的運(yùn)行安全。