水電站沖擊式水輪機調速器技術發展歷程及研究

韋修曙

摘 要：伴隨社會的全面發展以及現代化建設進程的加快，電力行業得到了穩固發展。水電是電力生產的重要組成部門，為社會發展需要的電力資源貢獻了不可忽視的力量。沖擊式水輪機是水電站保持正常運行的重要環節，伴隨科學技術的不斷發展，高水頭水電站應運而生，與此同時，沖擊式水輪機開始呈現容量大增、噴嘴諸多的發展態勢。為適應水電站技術不斷更新的生產實際，對傳統的沖擊式水輪機調速器技術進行整理和回顧是促進水電站新發展的畢經之路，希望通過文章的闡述，對沖擊式水輪機調速器技術的改進、創新提供借鑒。

關鍵詞：水電站；沖擊式水輪機；調速器

前言

沖擊式水輪機是借助于特殊導水機構引出具有動能的自由射流，沖向轉輪水斗，使轉輪旋轉做功，從而完成將水能轉換成機械能的一種水力原動機。沖擊式水輪機調速器技術是實現水輪機調節和響應的控制機構和指示儀表等組成的若干個裝置的集合體，是保證水電站進行生產的重要組成部分。面對全新的發展形勢，實現該項技術的創新發展勢在必行，作者現以沖擊式水輪機調速器技術發展歷程為研究視角進行詳細闡述，希望為我國水電事業的穩固發展貢獻力量。

1 工程項目簡介

對我國水電站沖擊式水輪機調速器技術發展歷程的研究，必須選取具有代表性的研究對象，為保證該項研究的準確性，作者以云南某發電廠為研究對象進行闡述?，F將云南某發電廠的系列特征闡述如下：

云南某發電廠位于中國大西部的滇東北高原，是我國第一座高水頭、跨流域開發的梯級水電站，國家“一五”期間的重點建設工程之一，云南某水電廠在沖擊式水輪機調速器技術的應用上一直處于我國的前列，是我國水電事業發展的縮影。改水電廠是三級和四級引入式高水頭水電站，設計水頭的高度是590米，在電站內部安裝了四個沖擊式橫軸水輪發電機組，每一個發電機組的容量是36MW，檢查干初期開始進行隱藏性，到20世紀九十年代末期進行了更新改造，將原有的八個進口處的調速器應用具有國際先進水平的CJT-100-W型號沖擊式水輪機調速器進行替換，在機組運行過程中將雙微機、電液轉換器的工作原理進行有效運用。21世紀初期，該電站針對沖擊式水輪機調速器技術進行了第二次全面更新，在改造過程中將原有的調速器全部轉換為CJT4/1型沖擊式水輪機調速系統，在施工過程中有效將電液比例和可編程掉節氣以及插裝閥等先進技術進行整合。云南某水電廠在不同歷史時期針對調速器技術的改革和更新實踐全面體現了我國沖擊式水輪機調速器技術的演變歷程[1]。

2 沖擊式水輪機發展概述

2.1 沖擊式水輪機特點

沖擊使水輪機具有水頭較高、壓力鋼管比較長、機組運行過程中的力矩非常小的特征。所以，在機組運行過程中必須擁有超強自動調節功能的噴針作為保障，同時必須同時安裝折向器，當機組的實際負荷超出規定量時，折向器必須在第一時間內對水流進行阻斷，使水流不再進入水輪機，避免水錘壓力與機組轉數之間產生不可調節的矛盾。

2.2 調速器演變歷程

20世紀90年代，云南某水電站已經投入運行數十年，伴隨生產需求的變化和間的流逝，原有的沖擊式水輪機械液壓調節器開始出現老化的現象，與此同時計算機技術開始全面滲透到社會生產生活的各個領域，原有的調速器被先進的計算機控制系統所取代。1994年，改革開放取得階段性進展之際，云南某水電站在國家電力部門的指導和支持中，與長空所結成科研立項聯盟，將開發具有國際領先水平的捷克調速器作為主要研究對象。在國家電力部門和云南某水電站的不懈努力之下，歷時兩年光陰，1996年我國第一臺完全有電子計算機進行控制管理的沖擊式水輪機調速器誕生，并在同年開始進入實踐應用當中，經過兩年的實踐經驗積累，相關專家學者傾注大量心血汗水，1998年云南某水電站的調速器全部更新還貸成功。沖擊使水輪機調速器的這一次創新具有歷史意義，在我國水電事業的發展歷程中留下了濃墨重彩的一筆。該項技術創新在世界范圍產生的重大影響，其主要由四方面體現技術的時代特征：一是在技術上擁有兩個計算機控制體系；二是擁有五個雙錐式的點液轉換系統；三是五個關鍵配壓閥設備共同工作；四是五個電子轉移傳感器共同實現操作運行[2]。

2.3 雙可編程調速器演變歷程

伴隨社會的全面進步，現代化建設對水電站的生產質量、生產安全提出了更高的要求，水電站形成集中化的管理模式成為水電站發展的必然趨勢，為了全面升級生產質量和生產效率，云南某水電站于2009年開始對沖擊式水輪機調速技術進行了第二次技術改革，在以往的基礎上，根據科學技術的發展實際，將原有調速器進行了全面更新換代，此次技術革新使得水輪專用調速器得以使用。更新之后的調速器控制體系更具現代化和智能水平，在體系設計上將直聯模式理念全面應用和推廣，四個電液隨動體系的設計、一個開關量化管理體系的集中最大化保證了波動降低和平穩性良好。在機組運行過程中，能夠實現全面的智能化管理，當水輪機的實際負荷量超出預期負荷量的情況出現，管理系統將會第一時間發出信號，應用最快的信息傳遞功能將信號傳輸給管理系統，管理系統根據信號反饋處理方式，將機組運行中的事故率降到了最低，全面保證了水電站生產過程中的效率和安全性[3]。

3 沖擊式水輪機調速器發展技術研究

根據前文中作者對云南某水電站在不同歷史階段應用的調速器方案和實踐經驗，縱觀我國水電廠的生產工作實際情況，可以發現沖擊式水輪機調速技術具有以下特征：

第一，在實現電氣的控制技術上，均采用計算機控制系統急性輔助，保證測頻、調節等工作不受人為因素的影響，實現各項工作能夠在預期的運行軌跡有效地、安全地運行，時刻處于最佳工作狀態，進而提高了整體運行上的安全可靠。

第二，在系統設計上采用先進的直連系統方案設計，在噴針的控制技術上采用比較先進的電液隨動控制系統進行科學比例化的控制模式，有效實現應用計算機技術對PID信號進行高效率、高精準度的接受動作；折向器的控制是建立在轉速判斷和開停機狀態分別量化控制的基礎上的全新控制模式[4]。

第三，針對噴針的控制手段主要采用一個控制閥控制一個噴針的形式，避免控制交錯復雜狀況，實現了多個噴嘴系統產生的多種子液壓控制體系區分對待的管理模式，各個噴針的出力系統由計算機電氣回路進行精確配置。

4 結束語

現階段，伴隨科學技術的不斷進步，我國水電站沖擊式水輪機調速器技術取得了長足的發展，為我國水電事業的進步奠定了堅實的基礎。希望通過文章的闡述，能夠使電力系統部門和水電站了解沖擊式水輪機調速技術的發展歷程和技術特征，在日后的生產實踐中，變革傳統觀念，創新工作思路方法，全面提高該項技術的發展步伐，為我國現代化建設貢獻更加卓著的力量。

參考文獻

[1]潘熙和，王麗娟.我國水輪機調速技術創新回顧與學科前景展望[J].長江科學院院報，2011，10（10）：221-226.

[2]葉章可.沖擊式水輪機調速器調節方式探析[J].電子世界，2014，16：458.

[3]萬有奎.中小水電站水輪機調速器技術改造方案研究[J].電子技術與軟件工程，2014，5（15）：138-139.

[4]王漢超.水輪機調速系統機械液壓部分選型方法[J].云南水力發電，2013，2（5）：101-104.