水輪發電機組導葉分段關閉裝置的改造

牟 明

(吉林松江河水力發電有限責任公司，吉林 白山 134500)

0 引言

某電站是松江河梯級電站第3級電站，位于吉林省東南部松花江上游支流松江河上，裝有2臺單機容量為35 MW的軸流轉槳式水輪發電機組。2010年6月，該電站2號機在投產試運行中做甩負荷試驗時因反水錘引發抬機量過大的現象。為避免此類現象再次發生，電站將導葉關閉裝置由一段直接關閉改為分段關閉的方式。拐點位置采用電氣反饋接點，在主令控制變送器上取出1對導葉開度在35 %位置的開關量信號作為拐點信號。

1 存在問題

2011-04-25，2號機在A修后啟動試運行中做甩負荷試驗時，機組160 % Ne過速保護正確動作,并作用于機組緊急事故停機。但2號機在停機過程中，由于導葉分段關閉裝置未動作，導致導葉開度直接關至全關，機組最高轉速達123 % Ne，蝸殼壓力為0.45 MPa，同時有6號剪斷銷剪斷報警信號。現地檢查發現，機組齒盤測速探頭因抬機量過大而損壞，6號剪斷銷剪斷。查找導葉分段關閉裝置未動作原因，發現導葉開度位置開關量反饋控制電纜在經水機端子箱轉接點處存在斷線點。由此可見，導葉開度位置開關量電信號的可靠性是分段關閉裝置正確動作的重要保障，關系著水輪機組的運行安全。

2 分段關閉裝置的改造

參照2號機目前的關閉情況，同時為了避免現分段關閉裝置采用電氣反饋控制存在的導葉開度位置開關量電信號不可靠的問題，采用了一種可控式冗余型分段關閉裝置。此外，為保證導葉開度在35 %位置的開關量信號能可靠地傳送到監控系統，導葉開度反饋控制電纜不再經水機端子箱轉接，而是直接將其接至監控系統。

2.1 改造后的分段關閉裝置組成

可控式冗余型分段關閉裝置主要由先導電磁閥、先導行程閥、液壓切換閥、分段凸輪及節流滑塊幾部分組成。針對該電站油管路實際布局及安裝位置，將可控式冗余型分段關閉裝置主閥安裝在原分段關閉裝置處，先導電磁閥(帶位置接點)、液壓切換閥及相應的集成塊都安裝在可控式冗余型分段關閉裝置主閥體上，先導行程閥安裝在水輪機調速環旁，分段凸輪及節流滑塊安裝在水輪機調速環上。其中，先導電磁閥與先導行程閥的油路并聯連接，并引管路與電氣液控換向閥相通，如圖1所示。在機組遇到事故緊急停機時的導葉關閉過程中，先導電磁閥和先導行程閥同時動作,通過電氣液控換向閥控制電氣和機械部分的主備用。

圖1 液壓控制系統

2.2 動作原理

正常時，液壓切換閥控制先導電磁閥為主用，控制先導行程閥為備用，仍采用原來的導葉開度在35 %位置的開關量信號作為拐點信號。監控系統在收到拐點信號的同時，控制先導電磁閥動作，發出分段關閉裝置的分段關閉指令。如果先導電磁閥動作0.2 s后，分段關閉裝置未動作，即電氣分段投入位置接點未動作，則切換閥自動切換到先導行程閥控制。由于節流滑塊固定在水輪機調速環上，在導葉開度關至20 %時，凸輪位置開始與節流滑塊的最低點接觸；隨著導葉繼續關閉，凸輪位置隨著節流滑塊的坡度上升而不斷滑動上升；在先導電磁閥控制分段關閉裝置未動作0.2 s后，凸輪桿正好頂起至分段關閉行程閥動作位置，從而控制分段關閉裝置動作，實現導葉分段關閉。

2.3 分段關閉投退原則

(1)事故停機時，導葉開度不大于分段關閉拐點時投分段。

(2)機組有功功率不小于10 MW時，機組出口開關在分閘位且導葉開度不大于分段關閉拐點時投分段。

(3)機組有功功率小于10 MW時，跳機組出口開關不投分段。

(4)正常開機不投分段。

2.4 電氣液壓切換閥電氣控制回路原理

由于液壓切換閥是瞬動型，具有一經通電就可以動作,且斷電后不能自動復歸的特性，因而控制液壓切換閥帶電時先導電磁閥為主用，失電時先導行程閥為備用。為此采用分段關閉電磁閥和分段關閉復歸電磁閥來控制液壓切換閥是否帶電。在機旁APG4屏內加裝1個直流220 V空氣開關QF4，2個PLC開出繼電器K7，K8，如圖2所示。其中，接點1，2均在調速器控制系統PLC內部實現邏輯判斷。接點1的閉合條件為機組在開機狀態、發生機組事故且導葉開度不大于35 %；斷開條件為停機狀態或導葉開度大于35 %。接點2的閉合條件為停機狀態或導葉開度大于35 %時延時1 s閉合，斷開條件為接點2閉合后延時1 s自動斷開。

若機組在開機狀態、發生機組事故且導葉開度不大于35 %時，則繼電器K7勵磁，分段關閉電磁閥動作。若機組在停機狀態或導葉開度大于35 %時，則延時1 s后，繼電器K7失磁，分段關閉電磁閥失磁；繼電器K8勵磁，分段關閉復歸電磁閥動作，動作后再經1 s延時，分段關閉復歸電磁閥失磁，以保證下次停機時分段關閉裝置仍能正常工作。至此一個控制流程結束。

圖2 調速器控制系統PLC內部邏輯判斷

3 改造效果

經過模擬機組在各種情況下緊急事故停機的試驗，驗證了改造后的導葉分段關閉裝置動作穩定可靠，導葉從全開到全關時間滿足分段關閉設計要求，蝸殼水壓上升率和機組轉速上升值在調節保證計算范圍之內。

4 結束語

先導電磁閥和先導行程閥采用并聯方式，并互為熱備用，當其中一套裝置出現問題時，機組導葉的分段關閉功能不受影響，充分發揮了機械式分段的可靠性和電氣式分段的精確性，提高了機組安全穩定運行水平。同時，在設備改造布線時應采用電纜直接與監控系統相連的方法，盡量避免經其他端子排轉接。日常維護中應加強回路連接的檢查，提高設備工作的可靠性，為水電站實施“無人值班，少人值守”運行方式打下堅實的基礎。