柳洪水電站機組調速器油壓裝置系統概述及存在問題分析

摘要本文介紹了柳洪水電站調速器油壓裝置的構成及在運行中存在的問題進行了分析，并提出了改進措施。以便于其余電站在調速器油壓裝置的選擇上進行參考和借鑒。

關鍵詞油壓裝置 自動補氣裝置 MB+網絡

中圖分類號:TM61文獻標識碼:A

1 工程概述

柳洪水電站位于涼山彝族自治州美姑縣柳洪鄉，是美姑河干流梯級規劃一庫五級開發方案中的第四級，也是首期工程。柳洪水電站采用低閘引水式開發，閘址以上集水面積2215 km2，總庫容65萬m3，設計水頭358 m，設計發電引用流量57m3/s，裝機容量180 MW，保證出力3.47MW，單獨運行時多年平均發電量8.45億 kW·h。

柳洪水電站采用地下發電廠房，廠房內總共裝設有3臺容量為60 MW的立軸懸式混流式水輪發電機組。水輪發電機型號為SF-J60-12/4430，轉速為500轉/分鐘，采用靜止晶閘管(可控硅)自并勵方式勵磁。每臺發電機調速器設置一套油壓裝置。

2 調速器油壓裝置概述

柳洪水電站調速系統采用的4.0Mpa的高壓油來對導葉進行操作控制。油壓裝置是本廠的重要的水力機械輔助設備，其作用是產生并貯存高壓油，為機組啟動、停止、調節出力提供能源;壓力油罐油壓事故降低時水輪發電機組將危險地失控，應有防護措施。油壓裝置的特別重要性與現代化滾滾洪流決定了油壓裝置用高新技術實現自動化的必要性。

調速器油壓裝置的工作過程:在油泵系統中，電動機帶動螺桿泵旋轉時，回油箱內油液經濾油網過濾后，由吸油管吸入，經螺桿泵加壓后的高壓油被送入組合閥，再經截止閥進入壓力油罐內。需要壓力油時，壓力油罐內的壓力油經供油截止閥由管道送至機組導葉接力器，工作后的回油排至回油箱，這樣就構成一個封閉的循環油路系統。壓力油罐內的壓力油也可以通過截止閥直接排至回油箱。壓力油罐內的油壓可以通過罐體上安裝的壓力表直接觀察。當油罐內的油壓下降或是上升到相應整定值時，由壓力開關控制螺桿泵電動機啟停。為了保證壓油裝置工作的可靠性，裝有兩臺螺桿泵，一臺工作，一臺備用，在特殊情況下，兩臺螺桿泵也可以同時工作。油泵電機均采用交流異步電機。

在正常情況下，壓力油罐上部充滿壓縮空氣，下部充滿汽輪機油，油、氣比為1:3，油位可以從壓力油罐上的液位信號器直接觀察，并可以發送液位高低信號。在正常工作壓力范圍內，空氣減少油位升高，破壞了正常的油、氣比時進行補氣。補氣系統的壓縮空氣由電站中壓氣系統供給，經補氣裝置、截止閥進入壓力油罐，直至壓力恢復正常。當油壓降至事故低油壓時，發出事故報警信號至事故停機系統。壓力油罐內的壓縮空氣泄放可通過補氣裝置中的排氣閥手動進行。

3 柳洪水電站調速器油壓裝置系統組成結構及各部功能

柳洪水電站調速器系統由武漢三聯水電控制設備有限公司提供，油壓裝置型號為HYZ-1.6-4.0 ，采用單機單油壓裝置供油，每臺油壓裝置獨立工作，每臺油壓裝置由壓力油罐、回油箱、油泵電機、組合閥、自動化元器件、補氣裝置及控制系統構成。每臺油壓裝置設一面油壓裝置控制屏，安裝于發電機層。

3.1 壓力油罐

整個調速系統的壓力油均由壓力油罐供給，在壓力油罐內充壓縮空氣和汽輪機油，二者保持3:1的比例，它是一個容積式的儲能器。

壓力油罐內部裝有液位傳感器，用于反映壓力油罐油位的監視，監視數據送至油壓裝置控制系統再通過MB+網絡上送監控系統。

該壓力油罐的優點是:容量大、慣性小、反應靈敏、沒有機械摩擦損失。缺點是:氣體容易被油液吸收。而當系統壓力達到下限時，所吸收的氣體又分離出來混入系統液體中，使系統工作不穩定，容易使調速器產生抽動。氣體消耗量大，必須經常補氣。為了防止氣體混入管道，不能利用其全部容積，且只能垂直安放，以確保氣體被封在殼體上部。還不宜與高速泵一起使用。

3.2 回油箱

回油箱是調速系統回油的匯集處，也是調速器系統清潔油的油源，并作為油泵出口閥組以及油泵的安裝基座。回油箱由鋼板焊接而成。

回油箱內焊有濾油網架，用裝于框架內的濾油網將回油箱內腔分為污油區及凈油區，調速系統的回油流入污油區。箱內裝有兩個濾網，可保證在清洗其一濾網時，清潔油不與污油混合。

在回油箱頂部裝有油位傳感器，用于回油箱油位的監視，所采集數據送至油壓裝置控制系統再通過MB+網絡及時上送監控系統。

3.3 油泵電機

用于將回油箱內的無壓力油打至壓力油罐內供調速系統使用。為保證供油的安全，柳洪水電站調速器油壓裝置采用了兩臺螺桿泵，用不同的啟動定值對兩臺油泵的啟停進行控制，當壓力油罐油壓降至3.6Mpa時，啟動主用泵對壓力油罐進行打油，在油壓提升至4.0Mpa后停止油泵，當油壓降低至3.4Mpa時候，啟動備用油泵打油，油泵的主從關系由油壓裝置控制系統的PLC進行控制，每啟動一次就自動進行一次主備用的切換。

3.4 組合閥

柳洪水電站調速器油壓裝置組合閥包含了單向閥、卸荷閥、安全閥的功能。卸荷閥、安全閥分別裝在閥組的兩邊。

組合閥設有三個油口，分別和油泵、壓力油罐和回油箱相連。單向閥的作用是在油泵停止運行后迅速關閉嚴密，防止壓力油罐內的油回流至回油箱。在某些故障情況下，可能出現油泵啟動后不停止的情況，此時油泵打出的壓力油油壓已超出壓力油罐的額定油壓， 安全閥動作，將油泵打出的壓力油直接排回回油箱，實現了對壓力油罐及整個調速系統的保護。

3.5 自動化元件

柳洪水電站調速器油壓裝置系統的自動化元件主要由壓力測控裝置、油位測控裝置構成，主要采集壓力油罐的油壓、油位，回油箱的油位等數據，并送至油壓裝置控制系統PLC進行分析處理，實現自動化運行。

3.5.1 壓力測控裝置

柳洪水電站調速系統油壓裝置壓力測控裝置由壓力傳感器和壓力開關構成，壓力傳感器和壓力開關均收集壓力油罐內的油壓力，不同的是壓力傳感器以模擬量方式上送監控系統，可以對壓力油罐的油壓進行實時監控，壓力開關主要上送的是開關量，用于控制油泵的啟停及事故低油壓時啟動保護裝置。

3.5.2 油位測控裝置

由磁翻板液位計和液位變送器構成，磁翻板液位計用于反映壓力油罐內的實際油位，液位變送器用于反映回油箱內的實際油位，其采集的數據均上送至裝置控制屏內的PLC進行處理。

3.6 補氣裝置

由于采用的是油氣混合式壓力油罐，油罐內的氣體會有部分溶解于油中，在水輪機負荷的調節過程中，部分的高壓氣會通過壓力油釋放到外界;并且油壓裝置的閥門等處也會存在或大或小的漏氣現象，時間長了，壓力油罐內的壓縮空氣就會明顯減少，造成油罐內油氣比例的失調，為了維持油罐內的油氣比在1:3左右而引入了補氣裝置。

現在比較流行的補氣方式有兩種:中間油罐補氣和自動補氣裝置補氣。中間油罐補氣因為加入了中間油罐，其成本和可控制性及可靠性均不如自動裝置補氣。柳洪水電站采用的補氣方式為自動裝置補氣，由西安江河公司提供。它由兩個電磁閥、一個安全閥、一個排氣閥以及管件組成，通過自動控制回路，實現自動補氣或關閉，以維持油壓裝置內的氣、油比例在正常范圍。

3.7 控制系統

柳洪水電站調速器油壓裝置采用PLC控制，其主要作用有:顯示設備運行狀態、故障報警以及事件記錄等信息; 系統控制方式的切換和設備操作方式的切換; 油泵以及補氣閥的啟停操作，故障復位等。正常情況下，油泵及自動補氣裝置的控制方式均切“自動”，由PLC對油泵的啟停、自動補氣裝置的開啟和關閉進行自動控制，其過程不需人為干預。特殊情況下，可將控制方式切“手動”，由值班人員在現地通過控制屏上的按紐進行控制。

4 存在問題及解決辦法

柳洪水電站調速系統油壓裝置和球閥油壓裝置共用一個漏油箱，兩者的漏油均匯集到一個漏油箱，然后通過漏油泵打至球閥油壓裝置回油箱，此設計直接導致了調速系統油量的日漸減少，而球閥系統油量的日漸增加。如不能及時將球閥系統內的油打回調速系統，將對兩系統均構成極大威脅。現階段的解決辦法為通過外接油泵手動將球閥油壓裝置回油箱內的油打回至調速系統油壓裝置回油箱來維持二者平衡，但此解決辦法明顯不符合電站自動運行的要求，考慮以后添加一條管路將漏油泵和調速系統油壓裝置回油箱直接連接，通過閥門的切換來控制漏油的回收。

柳洪水電站每臺機組的調速系統油壓裝置、球閥油壓裝置及技術供水系統的控制均通過MB+網絡與監控相連接，但是MB+網絡為一串聯網絡，當網絡中任意一環節出現故障將直接影響調速系統油壓裝置和監控系統之間的通信，此問題為電站設計問題，待以后技改時進行改進。

柳洪水電站投產初期，自動補氣裝置的定值設定存在問題，自動補氣裝置幾乎從來沒有動作過，完全由運行人員進行手動補氣，后對其定值進行了重新設定，通過一段時間的運行，發現補氣裝置動作可靠，完全能滿足自動補氣的要求。

5 結語

水電站機組調速系統的正常運行，不但關系到電站機組的安全運行，同時也關系到電網的安全運行。而作為壓力油源的提供者，油壓裝置的作用不言而喻。柳洪水電站調速系統油壓裝置在機組投運后，其功能完全滿足電站機組調節的需要，自2007年投運至今，未發生過事故。可以說明，柳洪水電站調速系統油壓裝置已經趨于完善。同時，通過PLC對整個油壓裝置進行控制，極大的提高了電站的自動化程度，為實現電站“無人值班，少人值守”打下了堅實的基礎。