水輪發電機組過速保護裝置分析

張萌

【摘 要】如果水輪發電機組因為突發事故的影響導致停機且水輪機的調速器無效，導葉片無法關閉，那么就可能會出現水輪發電機組的轉速明顯上升，達到飛逸轉速的范圍。為了能夠實現對機組出現過速情況的限制，增加相關的限速裝置，一旦水輪機調速器無效后，必須對導葉進行關閉操作。文章對水輪發電機組過速保護裝置進行了分析。

【關鍵詞】水輪發電機組；過速保護；裝置分析；

概述

目前，水輪發電機組大都采用離心式純機械過速保護裝置，該裝置液壓控制油路接通事故配壓閥、貫流式機組用的重錘關閉裝置、機組進水球閥、蝶閥控制裝置、大型機組圓筒閥控制裝置以及機組工作門控制裝置等。離心式純機械過速保護裝置由離心飛擺、脫扣器液壓閥、安裝環及配重塊等部件組成，飛擺和安裝環一般安裝在水輪機大軸或發電機下端的軸上。當機組轉速達到離心飛擺整定值時，離心飛擺柱塞被甩出，觸發脫扣器液壓閥動作，輸出油路切換，從而使事故配壓閥動作，關閉導葉接力器，實現機組停機。

一、機械過速保護裝置原理

1、結構原理

控制閥和過速環共同組成了機械過速保護裝置，該裝置的工作原理如下：水輪機大軸上安裝一齒圈，確保可以與機組運行狀況同步，齒圈上存在大量離心飛擺，通過彈簧予以控制，當機組的轉速正常時候，彈簧的壓力大于離心擺獲得的離心力，所以此時離心擺是被牢牢固定的，一旦機組開始超出允許值運轉，此時彈簧所產生的壓力就會明顯小于離心擺獲得離心力，此時離心擺壓縮彈簧向外甩出，從而撞擊到控制閥上面的撞塊，此時連接緊急停機閥的油路會被聯通，機組被停止運行，且向控制中心發出警告。

2、動作原理

行程開關、控制閥以及過速環這三個組成部分共同組成了機械過速保護裝置，其中過速環安裝的位置為水輪發電機組額大軸，其運行是與大軸同步的，如果機組在正常地運行，那么彈簧的彈力大于離心擺受到的離心力，所以可以保證其處于相對齒圈靜止的狀態，而且齒圈上面還有配重塊，其作用是確保齒圈能夠平穩運動，一旦水輪發電機組受到不正常操作或者是處于過速的狀態的話，那么離心擺受到的離心力就要大于彈簧形成的壓力，進而使得擺塊圍繞固定轉動中心擺動一個角度，讓其運轉的最大半徑有一個增值，在這個時候，擺塊會與控制閥的撞塊發生相撞，從而使得撞塊失去對控制閥芯的控制，閥芯被彈簧推動，從而使得緊急停機電路被聯通，進而使得機組的主配壓閥運行，完成停機，而且行程開關也會運行，發出停機信號，在此之后可以通過拉動手柄來手動啟動機組。

其中控制閥的組成部分是閥體、閥芯、撞塊、恢復手柄以及彈簧和行程開關，如果水輪發電機組的運行是正常的，那么此時閥芯是被撞塊頂住固定的，撞塊尖端距離離心擺外圓之間有一定的距離。如果水輪發電機組開始超速地運行，那么就會出現離心動作，一旦機組出現過速的情況，離心擺就會動作，離心擺外圓會被甩出，從而撞擊撞塊尖端，撞塊發生位移，無法控制閥芯，彈簧發生作用，從而推動閥芯快速移動，使得緊急停機油路被接通，進而停止機組運行，此時行程開關也會向控制中心發出機組被停機的信號，當通過手柄把閥芯和撞塊恢復到初始位置之后，機組就可以被重新啟動。

二、機組過速限制裝置時間調節控制

在機組過速限制裝置上，設置有保護關閉時間調節裝置，用于機組保護關閉過程時間調節。機組保護關閉時間，應當嚴格按照水輪機水力調保計算的有關技術要求設定，此次機組過速限制裝置上的時間整定值為7s，實際整定值為7.02s。

三、機組過速限制裝置維護

1、對于限速保護裝置的日常維護中需要清掃其中的灰塵，確保液壓系統清潔，此外還需要對油液的清潔度進行定期的檢查，確保其能夠符合ISO標準16/13。此外設備在運行的過程中，需要對系統壓力以及油溫進行監控，確保其處于合理的范圍之內，當機組運行了一段時間之后，需要重點對元件和端子的固定螺絲進行檢查，確保不會因為松動而導致接觸不良的情況發生，從而阻礙了機組的安全運行。如果限速保護裝置尚未啟用，需要在各液壓元件中灌注清潔的L-TSA46號汽輪機油，未噴漆的加工表面涂上潤滑脂，以防止生銹。管接頭孔應堵住、以防止灰塵和臟物進入內部。

2、機組過速限制裝置及其元件維護

如果對閥塊進行拆卸，需要確保其O形密封圈沒有老化發硬且完好，再重新組裝，否則需要對其立即進行更換。想要確保可靠密封，就需要正確的使用O形密封圈，在裝配的過程中需要確保每一個密封墊密封圈的規格都是正確的，密封圈必須能夠完全放入溝槽，如果閥塊或者是液壓元件在部分密封圈的上面，可以適當涂抹黃油在溝槽內，對其進行粘貼，所有的密封面都必須清理干凈，每顆螺絲也都需要均勻用力，確保密封面被壓緊。

四、結束語

純機械過速保護裝置和事故配壓閥是機組過速保護系統中最重要的設備，設計制造出工作性能更可靠、維護更方便的機組過速保護系統，是水電人一直在思考的問題。本文結合本電站水輪發電機組過速保護系統的實際應用情況和過速保護系統的設計原理，經過試驗、分析和對比，在此推薦一種能夠 適合于大中型水輪發電機組的過速保護系統方案，同時也是為大中型水電站機組過速保護系統設計或升級改造提供參考與借鑒。也為了能夠更好地幫助人們工作。

參考文獻：

[1]劉聰.機械液壓保護系統在水電站中的應用研究[J].中國新技術新產品，2014，（11）：10 - 11.

[2]權君宗，謝俊，伍英巖，等.集成插裝閥式過速限制和兩段關閉裝置的設計與應用[J].東方電氣評論，2011，25，（97）：35 - 36.

[3]袁靜，胡森. 水電站調速器事故配壓閥誤動作原因分析與處理[J].人民長江，2014，45（11）：71 - 72.

（作者單位：新疆伊犁河流域開發建設管理局伊河電力有限責任公司）