枕頭壩一級水電站調速器油壓裝置打壓補油后異響的分析及處理

余建生 李春平

摘要：水輪發電機調速器油壓裝置的作用為調速器系統提供可靠、穩定、安全的壓力油源，以實現水輪發電機組的開停機、頻率和負荷調節。針對枕頭壩電站調速器油壓裝置在打壓補油停止瞬間異響分析，并提出一套消除異響的實現方案，解決油壓裝置的異常運行狀態，提高油壓裝置的可靠性和安全性。

關鍵詞：調速器;油壓裝置;組合閥

引言

枕頭壩一級電站共布置4套水輪機調速器油壓裝置系統，每套油壓裝置系統由1個工作氣罐、1個工作油罐、1個事故油罐、1個回油箱、1個漏油箱、3臺壓油泵、1個漏油泵、1套壓油裝置控制系統和相關附屬設備組成。壓油裝置和壓油裝置控制系統布置在高程601.7m的電氣夾層。壓油泵工作方式采用間斷制，當工作油罐或事故油罐油壓下降到6.1MPa時，壓油泵啟動打油，直到油罐油壓上升到額定工作油壓6.3MPa停止，壓油泵設有軟啟動裝置，避免了油泵處于高壓啟動，提高了油泵及電機的使用壽命，使電機啟動回路可靠、安全，提高了油源的可靠性。

1、枕頭壩電站調速器油壓裝置系統組合閥的結構及工作原理

1.1、組合閥的結構

為保證油泵及系統的可靠性，每臺油泵出口裝設一臺組合閥，該組合閥主要是由單向閥、卸荷閥、安全閥及加載電磁閥等部組成的模塊式閥組。

枕頭壩油壓裝置油泵出口使用的閥門為能事達ZHF-80C型組合閥，該組合閥是一種具有卸荷、安全、單向截止等功能的液壓裝置，它的性能好壞直接影響到整個油壓裝置的性能，是油壓裝置中重要的液壓元件。

ZHF-80C型組合閥有三個油口，組合閥進油口P，出油口P1和回油口T。P口與油泵的出油口相連，出油口P1與壓力油罐進口相連，回油口T1和T2與回油箱相連。

1.2、組合閥的工作原理

ZHF-80C型組合閥包含了單向閥、卸荷閥和安全閥的功能。在先導閥YV1，YV2的控制下，能夠使主閥CV1完成開啟和關閉的動作;作用而保持關CV2為單向閥，在停泵狀態下由于彈簧力的作用而保持關閉。

由于大功率螺桿泵的電動機慣量大，所以從啟動到穩定狀態需要一定的時間，如果在螺桿泵達到額定流量之前就帶上負載，則會對螺桿泵、電機十分不利。采用卸荷閥可以使螺桿泵啟動時處于卸荷狀態，待電動機轉速達到一定值后，才停止卸荷，使螺桿泵輸出額定工作壓力和流量的壓力給壓力油罐。

卸荷閥工況由卸荷先導控制閥YV1與主閥CV1組合完成。

如液壓控制原理圖所示，油泵啟動時，由于油罐中壓力P1和彈簧力的作用，單向閥CV2處于關閉狀態。卸荷先導控制閥YV1斷電，主閥CV1控制腔的壓力油通過YV1排掉，主閥CV1閥芯打開，油泵壓力油流過CV1主油口回到油箱，系統處于卸荷狀態。當油泵啟動5-10秒后，YV1電磁鐵得電，換向閥換向，CV1控制腔建立壓力，是CV1閥芯關閉。從而P口壓力逐漸上升，當高于P1壓力時，頂開單向閥CV2向壓力罐供油。停泵時，油泵先停止，延時1-2秒后，卸荷先導控制閥YV1再恢復初始斷電狀態，使單向閥關閉，系統處于卸荷狀態。

1.3、組合閥動作受力分析

單向閥閥芯和主閥閥芯內部均掏空，分別形成腔體A、B，因腔體內底部面積較腔體外面積小，在相同壓力油的作用下，閥芯將向上或向左移動，故在腔體內裝設具有一定壓緊行程的彈簧，單向閥通過進油油壓將閥芯頂開，主閥閥芯的開關通過卸荷先導電磁閥和安全先導控制閥控制。

①當卸荷先導電磁閥未動作或安全先導控制閥動作時，B腔與回油連通，閥芯僅靠閥芯內彈簧的作用力壓緊關閉，在油泵打壓時，此時油壓P形成對主閥閥芯底部D的壓力為（），壓力油推動主閥閥芯向左移動，使得壓力油沿流進回油箱，卸載壓力油;

②當卸荷先導電磁閥動作且安全先導控制閥未動作時，主閥閥芯B腔與回油箱油路斷開與進油口P連通，此時作用在閥芯B腔底部的作用力有兩個，彈簧的壓緊力和油壓P在腔體內部的壓力，作用在主閥閥芯底部D的壓力為，因B腔與進油口P壓力相同，而D的面積大于B腔底部面積，故;但在B腔上還有彈簧的壓緊力的作用，使得，從而主閥始終保持關閉狀態。

主閥在關閉狀態，油泵運行將使組合閥閥體內油壓迅速增加，壓力油在單向閥閥芯底部產生一個為的力，而當時（為壓油罐油壓對單向閥A腔的壓力，為單向閥閥芯內彈簧），單向閥被頂開，油泵將壓力油輸送至壓油罐內。

1.4組合閥運行狀態

油泵在組合閥的作用下打壓過程中分為三種狀態

卸載狀態：卸荷閥打開油泵輸出的油液流回回油箱的過程。

加載狀態：卸荷閥和單向閥均關閉油泵輸出的油液在閥體內迅速產生壓力的過程。

負載狀態：卸荷閥關閉而單向閥被壓力油頂開油液流進壓力容器的過程。

組合閥壓力油由P口流進P1口流出，進入壓力油罐中。油泵電機配置有施耐德ATS48C32Q型軟啟動器，電機運行穩定后，卸荷先導電磁閥未動作，此時壓力油由P口進入，由流出回到回油箱，油泵進入卸載狀態;待油泵運行穩定后，卸荷先導電磁閥動作，卸荷閥關閉，此時油泵進入加載狀態，油泵輸出的油液迅速升高壓力;當油泵輸出的油液壓力足以頂開單向閥后，油泵進入負載狀態，此時油泵開始將回油箱油液送至壓力油罐中;當油位或油壓到達額定后停止補油。

2、枕頭壩油壓裝置補油完成停止瞬間異響的分析

因在油壓裝置補油完成停止瞬間卸荷先導電磁閥關閉，單向閥在彈簧的作用下立即復位，同時壓油泵在卸荷先導電磁閥關閉時停機，使得組合閥內部油壓由補油油壓（6.3MPa）立即降低為0，使得單向截止閥內腔A與主閥外部產生極大壓差（6.3MPa），主閥以極快的速度和極大的沖擊力關閉，單向閥閥芯撞擊閥體發出異響，同時造成組合閥異常振動;因單向閥關閉過快，使得油回路管路中產生一個較大油錘，沖擊油管路，造成油管路振動等現象。

單向閥的撞擊和油回路中的油錘對組合閥和油管路造成較大傷害，易破壞組合閥和油管路，使得壓力油罐內部高壓油滲漏，甚至因管路或組合閥損壞會造成大量噴油漏油現象，導致機組調速器失控機組事故停機，損害設備。

3、枕頭壩油壓裝置補油完成停止瞬間異響處理辦法

因停泵時壓油泵出口壓力瞬間泄壓，導致組合閥內單向閥關閉過快，造成閥體沖擊和管路振動等現象，故減緩單向閥關閉速度，即可避免停泵時組合閥異響的問題。

通過增加壓油泵出口泄壓時間，來實降低現組合閥關閉速度，枕頭壩電站油壓裝置油泵電機配置的施耐德ATS48C32Q型軟啟動器具備軟停功能，通過軟停的方式即可實現降低單向閥關閉速度的目的。

施耐德ATS48C32Q型軟啟動器通過設置減速斜坡時間和減速過程結束時變為自由停車的閥值，可對油泵電機進行軟停控制設置，減速斜坡時間有如下關系：

其中dEC為減速斜坡時間，dEC可通過人為設定，枕頭壩電廠經過試驗將該值設置為3S。

減速過程結束時變為自由停車的閥值由如下關系：

其中EdC為減速過程結束時變為自由停車的閥值，EdC可通過人為設定，枕頭壩電站采用的裝置默認值20%。

通過dEC和EdC的關系曲線可以看出，軟啟動器會在3S的時間內將電機力矩油100%下降至0，但因EdC的控制，使得軟啟動器在電機力矩降低至20%額定力矩時轉變為自由停車方式，即2.4S時轉換為自由停車，此時電機的力矩就降低為0。

僅通過軟啟軟停的方式無法實現減小組合閥閥體內壓力下降過快現象，因若停泵時組合閥卸載電磁閥復歸，此時閥體內壓力瞬間將6.3MPa壓力降低至大氣壓，組合閥內單向閥關閉仍會快速關閉，故還需要延長卸載電磁閥復歸時間，方可減緩組合閥單向閥關閉速度。

通過試驗，將枕頭壩電站組合閥卸載電磁閥復歸時間設定為2S，即可減緩減緩組合閥單向閥關閉速度，解決油壓裝置補油完成停止瞬間異響的現象。

結論

上述分析了枕頭壩電站使用的ZHF-80C型組合閥在油泵打壓停止時異響的原因和相關處理辦法。該型號組合閥在停泵時因泵體內油壓下降過快，導致組合閥閥芯撞擊閥體造成較大異響，降低閥體內部油壓下降速度即可以消除異響。本方法需配合具備軟停功能的軟啟動器實現，設置合適的軟停時間和組合閥卸載電磁閥復歸時間即可消除異響。

參考文獻

[1]能事達ZHF-80C型組合閥用戶手冊。

[2]施耐德ATS48軟起動器編程手冊 。

[3]范華秀主編：水力機組輔助設備，水力電力出版社，1987年。

作者簡介：

余建生（1992年2月生），現就職于國電大渡河枕頭壩發電有限公司，男，四川達州人，大學本科學歷，助理工程師，現主要從事于國電大渡河公司水電的開發生產工作。