新疆布侖口－公格爾水電站沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安 剛，陳玉婷，葉 偉，聶 偉，王麗娟

（1新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000；2.長(zhǎng)江科學(xué)院武漢長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所，武漢 430010）

新疆布侖口－公格爾水電站沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安 剛1，陳玉婷2，葉 偉2，聶 偉2，王麗娟2

（1新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000；2.長(zhǎng)江科學(xué)院武漢長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所，武漢 430010）

在新疆布侖口－公格爾調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的液壓控制技術(shù)，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外高水頭沖擊式機(jī)組的運(yùn)用研究成果所制造的水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)完全符合工程應(yīng)用。介紹了該六噴嘴沖擊水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，包括噴針控制單元、折向器控制單元、事故停機(jī)集中控制單元以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，希望能對(duì)類似多噴嘴大型沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器的設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

沖擊式水輪機(jī)；6噴6折；機(jī)械液壓系統(tǒng)；模塊化結(jié)構(gòu)

1 工程概況

布侖口－公格爾水電站位于新疆維吾爾自治區(qū)克州阿克陶縣境內(nèi)，是蓋孜河中游河段梯級(jí)電站中的第一級(jí)水電站，并是疆南電網(wǎng)骨干電源，承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用和部分基荷的任務(wù)。電站總裝機(jī)容量200 MW，引水式開發(fā)，裝設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量為67 MW、額定水頭607 m的水斗式立軸水輪發(fā)電機(jī)組。

水輪機(jī)組調(diào)速器采用長(zhǎng)江科學(xué)院武漢長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所生產(chǎn)的CJT6／6－6.3型沖擊式水輪機(jī)專用微機(jī)調(diào)速器。該調(diào)速器具有獨(dú)立的6套噴針電液比例控制系統(tǒng)和6套獨(dú)立的折向器開關(guān)量控制系統(tǒng)，并且設(shè)置了一套機(jī)組過(guò)速保護(hù)的集中控制系統(tǒng)。其電氣部分采用可靠性較高的PCC微機(jī)控制器，機(jī)械液壓系統(tǒng)采用先進(jìn)的液壓控制技術(shù)和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，電液轉(zhuǎn)換元件采用德國(guó)Bosch比例閥。整機(jī)技術(shù)先進(jìn)、配置優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，同時(shí)具有良好的可操作性和可維護(hù)性。

2 沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器

沖擊式水輪機(jī)主要應(yīng)用于高水頭小流量機(jī)組，其流量調(diào)節(jié)是通過(guò)噴針移動(dòng)改變噴嘴噴出的射流直徑從而改變水輪機(jī)的進(jìn)水流量。由于沖擊式機(jī)組的引水系統(tǒng)和壓力鋼管較長(zhǎng)，噴針應(yīng)采取緩慢關(guān)閉的方式，否則會(huì)產(chǎn)生水錘和水壓過(guò)高，危及機(jī)組安全。在轉(zhuǎn)輪與噴嘴之間安裝有折向器，當(dāng)機(jī)組大波動(dòng)或甩負(fù)荷時(shí)，利用它快速偏轉(zhuǎn)水流、減少流量、防止機(jī)組出現(xiàn)飛逸，而噴針則采取緩慢關(guān)閉的方式，以滿足引水系統(tǒng)和壓力鋼管的水錘壓力上升值。因此，沖擊式水輪機(jī)有噴針和折向器雙重調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：

（1）具有雙重調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的噴針作為主調(diào)節(jié)系統(tǒng)，采用電液比例閥實(shí)現(xiàn)閉環(huán)連續(xù)控制；折向器采用開關(guān)量控制，僅在大波動(dòng)或系統(tǒng)甩負(fù)荷時(shí)快速關(guān)閉折向器，起到機(jī)組過(guò)速保護(hù)的作用。因此，噴針與折向器液壓放大執(zhí)行單元的機(jī)械液壓系統(tǒng)的控制方式和液壓功率是不同的。

（2）機(jī)械液壓控制執(zhí)行單元多，有N個(gè)噴嘴數(shù)就有對(duì)應(yīng)的N套子液壓系統(tǒng)，它們既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)。

本文主要介紹新疆布侖口－公格爾電站6噴6折沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 機(jī)械液壓系統(tǒng)整體方案

CJT6／6－6.3型沖擊式水輪機(jī)專用微機(jī)調(diào)速器由電氣控制柜和機(jī)械液壓系統(tǒng)組成一個(gè)完整的閉環(huán)特點(diǎn)是流量大、響應(yīng)快及密封性好，適合在大功率液壓系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)多種形式的集成。插裝閥主要由插裝單元、控制蓋板、先導(dǎo)控制閥和插裝塊體組成。其中：

（1）插裝元件又稱主閥主件，是二通插裝閥主級(jí)或功率級(jí)的主體元件。它由閥芯、閥套、彈簧密封件等組成。插裝元件插裝在集成塊體中，通過(guò)它的啟閉和開啟量的大小來(lái)控制主油路油流的通斷、壓力的高低和流量大小。該插裝元件的閥芯采用的是錐閥形式，錐閥靠和閥座形成的線接觸密封，因而主油路油口密封性能好。

（2）控制蓋板由蓋板體、先導(dǎo)閥、節(jié)流螺塞和其它附件組構(gòu)成。通過(guò)蓋板固定主閥組件，并用于溝通閥塊體內(nèi)的控制油路。同時(shí)在控制蓋板安裝有行程調(diào)節(jié)器，便于調(diào)節(jié)閥芯行程，用于調(diào)整折向接力器的開關(guān)時(shí)間。

（3）先導(dǎo)控制閥系指電磁先導(dǎo)閥和液控先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)。安裝在集成塊體上。正常工況時(shí)：在兩只先導(dǎo)閥的控制下，常開插裝閥作為噴針和折向器控制油供油通道，常閉插裝閥截止壓力油和排油通道。非正常工況時(shí)：電磁先導(dǎo)閥或液控先導(dǎo)閥動(dòng)作，常開插裝閥關(guān)閉，切斷噴針控制單元和折向器控制單元的控制油路，同時(shí)打開常閉插裝閥。此時(shí)，一路由壓力油經(jīng)插裝閥CV3直接進(jìn)入折向器關(guān)機(jī)腔，折向器開機(jī)腔經(jīng)插裝閥CV2接通排油，實(shí)現(xiàn)折向接力器關(guān)閉，快速切斷水流；另一路噴針停機(jī)閥在彈簧力作用下?lián)Q向，直接作用噴針接力器，以一定的速率關(guān)閉噴針。見系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)圖1。

由圖1可知，無(wú)論噴針或折向器處于何故障位置，該事故配壓閥均能實(shí)現(xiàn)可靠、快速關(guān)機(jī)。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械液壓控制柜型見圖2，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為將控制柜和配管箱分為上下兩層，即有專門的配管箱。控制柜采用磁性密封結(jié)構(gòu)的全密封式柜體，采用模塊式直連方式，布置有12套機(jī)械液壓執(zhí)行單元和事故配壓閥。柜內(nèi)所有控制閥均為板式結(jié)構(gòu)或內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，如比例閥、電磁換向閥、隔離閥、液動(dòng)閥、二通插裝閥等均集成于集成塊上，各閥之間的聯(lián)接由集成塊內(nèi)部的油道完成。該控制柜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便；控制柜柜體盤面上布置了各種開關(guān)、操作按紐、指示燈及表計(jì)；配管箱內(nèi)有足夠的布管空間，方便拆卸及進(jìn)出油口的連接，并有一定的無(wú)泄漏容積；濾油器布置在箱體側(cè)面，可方便清洗和或更換濾芯。

圖2 液壓控制柜Fig.2 The hydraulic control cabinet

5 結(jié) 語(yǔ)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)高水頭電站的應(yīng)用愈來(lái)愈多，沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器的應(yīng)用技術(shù)亦更加先進(jìn)，控制功能亦更趨于完善。國(guó)內(nèi)先后有冶勒、仁宗海、金窩、大發(fā)、吉沙等大型沖擊式機(jī)組投入運(yùn)行。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)制造廠商不斷地研發(fā)和改進(jìn)沖擊式調(diào)速器，在高水頭特殊工況的運(yùn)行方式、多噴嘴噴針系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制以及噴針與折向器聯(lián)合控制等領(lǐng)域積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。在新疆布侖口－公格爾調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的液壓控制技術(shù)及配置高品質(zhì)、高性能的液壓元件，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外高水頭沖擊式機(jī)組的運(yùn)用研究成果，在生產(chǎn)制造、試驗(yàn)和檢測(cè)環(huán)節(jié)中精益求精，嚴(yán)格把關(guān)，使之完全符合工程應(yīng)用［4］。為我國(guó)水電控制設(shè)備的發(fā)展和水利水電建設(shè)作出了一定貢獻(xiàn)。

［1］ 潘熙和，王麗娟，齊耀華，等.多噴嘴沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器在阿鳩田水電站的應(yīng)用［J］.水利發(fā)電，2008，32（3）：45－48.（PAN Xi-he，WANG Li-juan，QI Yaohua，et al.Application of the Speed Governor for Multinozzle Impulse Turbine to the Ajiutian Hydropower Station［J］.Water Power，2008，32（3）：45－48.（in Chinese））

［2］ 雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.（LEITian-jue.Handbook of Hydraulic Engineering［M］.Beijing：China Machine Press，1990.（in Chinese））

［3］ 張建明，吳道平，曾劍鴻.液壓插裝技術(shù)在水輪機(jī)調(diào)速器中的應(yīng)用［J］.江西電力，2009，33（4）：42－45.（ZHANG Jian-ming，WU Dao-ping，ZENG Jian-hong.Application of Cartridge Valve Technology in Hydraulic Turbine Governor［J］.Jiangxi Electric Power，2009，33（4）：42－45.（in Chinese））

［4］ 潘熙和，賈寶良，吳應(yīng)文.我國(guó)水輪機(jī)調(diào)速技術(shù)最新進(jìn)展與展望［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2008，25（5）：79－83.（PAN Xi-he，JIA Bao-liang，WU Ying-wen.Progress and Prospect of Domestic Turbine Control Technology［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2008，25（5）：79－83.（in Chinese））

［5］ 文宏澤.大中型沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器雙重調(diào)節(jié)方式探討［J］.云南水力發(fā)電，2005，21（2）：80－82.（WEN Hong-ze.Discussion on Dual Governing Mode of Large and Medium Impulse Turbine Governors［J］.Yunnan Water Power，2005，21（2）：80－82.（in Chinese））

［6］ 范學(xué)民.田灣河梯級(jí)水電站六噴針調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行分析［J］.大電機(jī)技術(shù)，2009，（4）：62－64.（FAN Xue-min.An Analysis on the Operation of Six Nozzle Needle Speed-Governing System at Tianwanhe Cascade Hydropower Station［J］.Large Electric Machine and Hydraulic Turbine，2009，（4）：62－64.（in Chinese） ）

（編輯：姜小蘭）

Design of the M echanical Hydraulic System of Im pulse Turbine Speed Governor at Bulunkou Hydropower Station

AN Gang1，CHEN Yu-ting2，YEWei2，NIEWei2，WANG Li-juan2
（1.Xinjiang Water Resources and Hydropower Design Institute，Urumqi 830000，China；2.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

This paper presents a design scheme of themechanical hydraulic system of the speed governing system of impulse turbine with 6 nozzles and 6 deflectors at Bulunkou-Gongge’er Power Station in Xinjiang Autonomous Region.In association with the research achievements of high head impulse units，advanced hydraulic control technology is adopted in themanufacturing，testing and inspection of the design，which is qualified to be applied in engineering.The design includes nozzle control unit，deflector control unit，centralized control unit for accidental shutdown，and the structure design.This paper would be referential for the design of the speed governor of large-sized impulse turbine with multi-nozzles.

impulse turbine；6 nozzles and 6 deflectors；mechanical hydraulic system；modular construction

TV734.1；TK730.41

：A

1001－5485（2011）09－0064－04

2011-06-09

安 剛（1975-），男，新疆烏魯木齊人，工程師，長(zhǎng)期從事水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作，（電話）13999103311（電子信箱）angang3030＠163.com。

王麗娟（1958-），女，湖北武漢人，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事水輪機(jī)調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究工作，（電話）18627000899（電子信箱）whswlj＠163.com。