百龍灘電廠重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)控制回路改造

盧 偉

（大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，南寧 530031）

1 工程概況

紅水河百龍灘水電廠位于都安瑤族自治縣與馬山縣交界的紅水河中游，為紅水河干流梯級開發(fā)的第七級電廠，水電廠安裝有6 臺單機(jī)容量為32 MW 的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量192 MW。百龍灘水電站于1992年10月進(jìn)場籌建，1999年5月21日6臺機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。百龍灘水電站建成投產(chǎn)以來，至今已運(yùn)行20 余年，由于上游龍灘梯級電站的興建、大化梯級的擴(kuò)建以及下游樂灘梯級電站的投入運(yùn)行等情況變化，百龍灘水電廠的運(yùn)行條件發(fā)生了較大變化，時(shí)常出現(xiàn)變化較大的運(yùn)行水頭，給電廠的機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。

2 重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)存在的問題

百龍灘水電廠在建廠初期未設(shè)計(jì)安裝快速門，僅配置了重錘，未配置重錘關(guān)閉閥，在過速或者其他緊急狀態(tài)時(shí)，通過手動排油方式才能將重錘以自重形式關(guān)閉導(dǎo)葉，或者依賴調(diào)速器電氣部分來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的緊急制動，無法及時(shí)通過純手動操作關(guān)閉機(jī)組，且可靠性較低。改造前廠內(nèi)機(jī)組停機(jī)流程如圖1所示[1]。

由圖1 可知，事故停機(jī)流程以電磁空氣閥引導(dǎo)進(jìn)行關(guān)導(dǎo)葉動作保護(hù)機(jī)組，流程中關(guān)聯(lián)各種配壓閥以及繼電器，極大可能地產(chǎn)生很多不可靠因素，當(dāng)有如下所述情況之一時(shí)就會導(dǎo)致停機(jī)失敗。

（1）緊急停機(jī)閥失效。當(dāng)緊急停機(jī)電磁閥失效時(shí)，油路切換功能不能正常動作，導(dǎo)致導(dǎo)葉及隨動槳葉關(guān)閉失敗，燈泡貫流式機(jī)組因轉(zhuǎn)動慣量小極易達(dá)到飛逸轉(zhuǎn)速，從而造成水輪機(jī)轉(zhuǎn)動部分損壞事故[2]。

（2）導(dǎo)葉主配壓閥卡阻拒動。當(dāng)機(jī)組發(fā)生過速事件時(shí)，人為觸發(fā)緊急停機(jī)按鈕后，壓力油通過主配壓閥換向油路使導(dǎo)葉關(guān)閉，這時(shí)的重錘裝置只起到了輔助關(guān)閉的作用，關(guān)閉速度由主配管口的大小所控制。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，如果導(dǎo)葉主配壓閥卡阻拒動，開腔油無法通過主配壓閥換向回到集油槽內(nèi)，導(dǎo)葉將無法及時(shí)關(guān)閉使機(jī)組轉(zhuǎn)速快速上升，達(dá)到飛逸轉(zhuǎn)速后，引發(fā)過速事故。

（3）發(fā)生壓力管路爆裂。廠內(nèi)的操作油額定工作壓力為6.0 MPa，屬于高壓力等級。當(dāng)油管堵塞，疊加重錘自重，在主配壓閥前的進(jìn)油管路易發(fā)生壓力過大現(xiàn)象，當(dāng)壓力過大且無法釋壓造成管路爆裂失壓后，導(dǎo)葉將失控，機(jī)組轉(zhuǎn)速快速上升，造成過速事故。

3 重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)改造

按照《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》（GB/T15468-2020）中第4.2.1.24條“當(dāng)發(fā)生壓力油管內(nèi)油壓低于事故低油壓時(shí)，應(yīng)能自動緊急停機(jī)”規(guī)定，當(dāng)機(jī)組油泵工作處于失常狀態(tài)時(shí)，未能及時(shí)恢復(fù)正常工作油壓時(shí)，應(yīng)能依靠廠內(nèi)設(shè)置的防飛逸設(shè)施即重錘實(shí)現(xiàn)無壓自重關(guān)閉導(dǎo)葉的功能。

改造前重錘關(guān)機(jī)功能不能激活，改造重點(diǎn)在于利用重錘實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉接力器的油腔控制，即導(dǎo)葉接力器能實(shí)現(xiàn)平壓傳動，亦可叫做“油腔卸荷”[3]，為此增設(shè)遠(yuǎn)程控制觸發(fā)信號及增加必要管路實(shí)現(xiàn)油路聯(lián)通重新激活重錘關(guān)機(jī)功能。重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)控制回路改造后的控制流程見圖2。

3.1 技術(shù)改造主要增設(shè)部件

技術(shù)改造主要增設(shè)部件見表1。

表1 技術(shù)改造主要增設(shè)部件

3.2 主要技術(shù)改造項(xiàng)目

（1）增設(shè)重錘關(guān)閉閥體。重錘關(guān)閉閥功能為控制閥內(nèi)各腔體連接狀態(tài)，在重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)，切斷重錘閥體與導(dǎo)葉主配閥體的管路聯(lián)通，導(dǎo)葉接力器腔體開腔通過管路與重錘關(guān)閉閥體聯(lián)通，重錘關(guān)閉閥體與集油槽通過管路聯(lián)通，重錘關(guān)閉閥體作為主要壓力油過流部件使導(dǎo)葉接力器開腔直接連接集油槽進(jìn)行排油。

（2）增設(shè)導(dǎo)葉接力器開腔排油管路。該管路使導(dǎo)葉接力器開腔與重錘關(guān)閉閥聯(lián)通，在重錘自重關(guān)閉作用過程中將導(dǎo)葉接力器開腔油通過重錘關(guān)閉閥回油管排至集油槽內(nèi)。

（3）增設(shè)導(dǎo)葉接力器關(guān)腔排油管路。該管路采用單向閥連接關(guān)腔與集油槽，從集油槽利用單向油流作用，使關(guān)腔充油間接實(shí)現(xiàn)無壓串接的效果。為更可靠完成關(guān)腔充油，設(shè)置兩個(gè)重錘單向關(guān)閉閥，增設(shè)從集油槽至關(guān)腔管路兩條。

（4）重錘關(guān)閉閥壓力開關(guān)繼電器。選用型號為HED80H-20/100K14AV的可調(diào)式壓力開關(guān)繼電器，該繼電器為上限接點(diǎn)方式，當(dāng)壓力P上升到設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)接點(diǎn)動作，回路導(dǎo)通。

4 重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)改造后測試

當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)速系統(tǒng)對導(dǎo)葉及隨動槳葉的控制操作，機(jī)組若出現(xiàn)緊急狀況需進(jìn)行急停時(shí)，便能通過重錘關(guān)閉閥芯管路換向?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)葉接力器的油腔卸荷，依靠重錘自重關(guān)閉導(dǎo)葉，對機(jī)組進(jìn)行停機(jī)。

重錘控制回路增設(shè)改造完成后，利用電廠內(nèi)機(jī)組定修試驗(yàn)機(jī)會在2020年5月30日、2020年11月6日、2021 年2 月2 日分別對6#、4#、2#機(jī)組進(jìn)行動水重錘關(guān)機(jī)聯(lián)動測試，關(guān)閉時(shí)間均小于15 s，滿足機(jī)組異常停機(jī)要求。

5 結(jié)語

百龍灘電廠重錘關(guān)機(jī)系統(tǒng)控制回路改造完成后，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，在過速或其他緊急狀態(tài)時(shí)，能通過重錘關(guān)閉閥芯管路換向?qū)崿F(xiàn)對導(dǎo)葉接力器的油腔卸荷，依靠重錘自重關(guān)閉導(dǎo)葉，對機(jī)組及時(shí)進(jìn)行停機(jī)，消除了原有的隱患，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供保障。