環(huán)腔控制型插裝式事故配壓閥的應(yīng)用研究

王 偉，王 鑫

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌443000）

0 引言

隨著水力發(fā)電行業(yè)的飛速發(fā)展，水電在整個(gè)電力系統(tǒng)中的作用越來(lái)越重要，直接影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為保證水電站的安全運(yùn)行，巨型水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水口設(shè)置有事故快速門。當(dāng)機(jī)組發(fā)生機(jī)械過(guò)速時(shí)，快速門可以動(dòng)水關(guān)閉，快速切斷水流保護(hù)機(jī)組設(shè)備。但由于事故狀態(tài)下動(dòng)水落門時(shí)引水部件的瞬時(shí)水流慣性力矩較大，水錘現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致引水系統(tǒng)甚至整個(gè)廠房出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)[1]。

事故配壓閥是布置在調(diào)速器主配壓閥和導(dǎo)葉接力器之間，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)高、調(diào)速器主配壓閥拒動(dòng)時(shí)，或當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至機(jī)械過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作值時(shí)，緊急關(guān)閉導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，切斷水流。這樣可減少快速門的動(dòng)作次數(shù)，為水輪發(fā)電機(jī)組提供安全可靠的保護(hù)。

1 事故配壓閥結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的事故配壓閥均為滑閥式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。長(zhǎng)期不動(dòng)作容易發(fā)生液壓卡阻致使滑塞動(dòng)作失靈，而且對(duì)滑塞、襯套的同軸度、橢圓度、配合間隙等加工精度要求很高，而不可避免的間隙滲油又影響調(diào)速器的零點(diǎn)漂移，不適合巨型水輪發(fā)電機(jī)組對(duì)調(diào)速性能的要求。

相比之下，插裝式事故配壓閥結(jié)構(gòu)（如圖2所示），具有動(dòng)作靈敏、可靠性高并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、內(nèi)泄漏量小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已在巨型水輪發(fā)電機(jī)組中得到比較廣泛的應(yīng)用。

圖1 滑閥式事故配壓閥結(jié)構(gòu)圖

圖2 插裝式事故配壓閥結(jié)構(gòu)圖

2 標(biāo)準(zhǔn)插裝閥工作原理及特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)的插裝閥由控制蓋板、插裝主閥（包括閥套、彈簧、閥芯及密封件）、插裝塊體等組成。主閥采用插裝式的連接，閥芯多采用錐面密封。

圖3 插裝閥結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)

如圖3所示，A、B是分別與主油路相連的油腔，C是控制油腔。

當(dāng)pa Aa+pb Ab＞pc Ac+F3時(shí)，閥芯 4開啟，使油腔A、B 接通；反之，當(dāng)pa Aa+pb Ab＜pc Ac+F3時(shí)，閥芯 4關(guān)閉，截?cái)嘤颓籄、B的油路。

其中pa、pb、pc為油腔 A、B、C 的油壓；Aa、Ab、Ac為油腔A、B、C的有效承壓面積；F3為彈簧3的作用力。

標(biāo)準(zhǔn)的插裝閥不僅能滿足常用液壓控制閥的各種動(dòng)作要求，而且在同等控制功率情況下，與普通液壓閥相比，具有功率損失小、動(dòng)作速度快和易于集成等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高壓、大流量液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制。

其不足之處在于，該插裝閥只能工作在全開或全關(guān)位置，即運(yùn)行于大流量工況。若在小開度、小流量工況運(yùn)行時(shí)則插裝閥芯容易產(chǎn)生振蕩，甚致自行啟、閉。所以標(biāo)準(zhǔn)插裝式的事故配壓閥無(wú)法保證巨型水輪發(fā)電機(jī)組在事故停機(jī)導(dǎo)葉分段關(guān)閉或調(diào)速器自動(dòng)微調(diào)負(fù)荷時(shí)小波動(dòng)的穩(wěn)定性。

3 環(huán)腔控制型插裝式事故配壓閥的優(yōu)點(diǎn)

環(huán)腔控制型插裝閥是在標(biāo)準(zhǔn)的插裝閥芯外周增加了一個(gè)環(huán)形腔（如圖4），其中控制腔1為標(biāo)準(zhǔn)插裝閥的控制腔；控制腔2為環(huán)形控制腔。當(dāng)插裝閥閥芯開啟時(shí)（含半開或微開），此環(huán)形腔會(huì)自動(dòng)接通壓力油，確保閥芯開口固定不變；當(dāng)插裝閥關(guān)閉時(shí)，此環(huán)形腔自動(dòng)接通排油。

環(huán)腔控制型插裝式事故配壓閥杜絕了閥芯部份開啟時(shí)引起的不穩(wěn)定工況，無(wú)論是大流量或小流量，該事故配壓閥都能保證插裝閥芯的位置固定不變。其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 環(huán)腔控制型插裝閥結(jié)構(gòu)圖

圖5 環(huán)腔控制型插裝式事故配壓閥結(jié)構(gòu)圖

該環(huán)腔控制型插裝式事故配壓閥已在多座大型水電廠的巨型水輪發(fā)電機(jī)組中配套投入運(yùn)行，且運(yùn)行情況良好。圖6為某巨型水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械過(guò)速試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的動(dòng)作曲線，可見事故配壓閥動(dòng)作后，活動(dòng)導(dǎo)葉關(guān)閉過(guò)程迅速平穩(wěn)，沒(méi)有產(chǎn)生任何波動(dòng)，尤其在分段關(guān)閉的最后階段，更是保持了很好的動(dòng)作穩(wěn)定性，滿足了液壓調(diào)速系統(tǒng)的控制要求。

圖6 某巨型水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械過(guò)速試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的動(dòng)作曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

事故配壓閥是水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中最重要的機(jī)械液壓保護(hù)裝置。巨型水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要相關(guān)機(jī)電設(shè)備的不斷優(yōu)化創(chuàng)新。環(huán)腔控制型插裝式事故配壓閥能夠很好的滿足水電站及電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速性能的要求。其成功應(yīng)用于各大型水電廠的案例，為相關(guān)設(shè)備的優(yōu)化創(chuàng)新積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。