天一電廠進(jìn)水口事故快速閘門液壓系統(tǒng)改造

陳 宇

（天生橋一級水電開發(fā)有限責(zé)任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400）

0 引言

對于水電站而言，水輪發(fā)電機(jī)組無疑是核心部件，當(dāng)機(jī)組發(fā)生過速飛逸的時候，進(jìn)水口事故快速閘門是最后一道重要保護(hù)。天生橋一級水力發(fā)電廠進(jìn)水口事故快速閘門啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)于1998 至2000 年陸逐投入使用，但自投運以來，進(jìn)水口事故快速閘門啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)的公用設(shè)備均未進(jìn)行過檢修，存在嚴(yán)重的事故隱患。當(dāng)機(jī)組發(fā)生飛逸而進(jìn)水口液壓系統(tǒng)恰好故障時，所造成的后果不可想象，所以進(jìn)水口液壓系統(tǒng)改造迫在眉睫[1]。

1 原設(shè)備存在問題

全廠四臺進(jìn)水口事故快速閘門啟閉機(jī)共用一套液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)或電氣控制系統(tǒng)公用設(shè)備故障會導(dǎo)致四臺機(jī)組全部停機(jī)，故障處理和設(shè)備維護(hù)也需要四臺機(jī)組全部停機(jī)。

啟門方式：按下啟門按鈕，電動機(jī)得電啟動后油泵開始工作，啟門電磁閥得電后回路接通，油泵持續(xù)向有桿腔提供壓力油，閘門提升，有桿腔壓力油通過補(bǔ)油閥回到油箱。

閉門時，按下閉門按鈕閉門電磁閥得電，插裝閥動作，閘門自重作為閘門下落的動力源，有桿腔壓力油通過回油閥排至無桿腔，同時補(bǔ)油閥向無桿腔供油，防止真空。

進(jìn)水口事故快速閘門啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)共用設(shè)備的閥門嚴(yán)重銹蝕，管路和閥門密封圈超期服役，已嚴(yán)重老化，出現(xiàn)滲漏油的風(fēng)險很大。進(jìn)水口事故快速閘門開度測量裝置設(shè)計落后，且沒有備用的開度測量裝置，運行中的開度測量裝置出現(xiàn)故障時需要停機(jī)甚至拆開液壓油缸才能進(jìn)行檢修。進(jìn)水口事故快速閘門啟閉機(jī)油箱油位標(biāo)尺為分段不連續(xù)標(biāo)尺，油箱中間段油位不能顯示。

啟閉機(jī)只設(shè)有快速關(guān)閉閘門電控操作和手動關(guān)閉閘門操作，沒有慢速關(guān)閉閘門電控操作，給檢修工作帶來嚴(yán)重不便。

2 改造方案

2.1 一門一機(jī)式

為防止進(jìn)水口事故快速閘門液壓啟閉機(jī)公用油管出現(xiàn)故障檢修導(dǎo)致全廠四臺機(jī)組全部停機(jī)，造成全廠對外停止供電，最優(yōu)的解決辦法是采用一扇閘門一臺啟閉機(jī)的方式（閘門參數(shù)見表1），這樣每扇閘門獨立運行，互不干擾。一門一機(jī)式是采用一扇閘門一臺啟閉機(jī)的方式，每扇閘門啟閉機(jī)從液壓設(shè)備到電氣設(shè)備完全隔離獨立運行，設(shè)備之間互不干擾[2]，避免因一臺機(jī)組公用設(shè)備故障檢修從而影響其他機(jī)組的正常運行。

表1 進(jìn)水口快速事故閘門技術(shù)參數(shù)

2.2 液壓系統(tǒng)油缸供油方式

液壓系統(tǒng)由原來的一個動力站分別向四根油缸供油，改為四個動力站分別向四根油缸供油，同時將動力站兩臺油泵共用兩套液壓閥集成改為兩臺油泵的兩套液壓閥互相獨立。電氣設(shè)備由原來的四根油缸共一個起動柜改為每扇閘門啟閉機(jī)分別有自己的起動柜和控制臺，各個閘門啟閉機(jī)電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)相互獨立互不干擾。

2.3 開度測量裝置更換

進(jìn)水口事故快速閘門只設(shè)有一套開度測量裝置，且為內(nèi)置式閘門開度測量裝置，該類型開度測量裝置部分結(jié)構(gòu)安裝油缸內(nèi)部，測量裝置出現(xiàn)故障時不容易判斷故障情況，處理故障需要打開油缸并進(jìn)行排油等復(fù)雜的工藝和程序（圖1），擬將閘門開度測量裝置進(jìn)行更新?lián)Q代，采用外置式閘門開度測量裝置，取消內(nèi)置式閘門開度測量裝置后，對液壓啟閉機(jī)油缸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使油缸結(jié)構(gòu)更加簡單，運行更加可靠，同時增加一套備用閘門開度測量裝置（圖2）。

圖1 改造前

圖2 改造后

2.4 增加檢修狀態(tài)電控可調(diào)速落門模式

此次改造還增加進(jìn)水口事故快速閘門啟閉機(jī)檢修狀態(tài)下的電控可調(diào)速落門模式，落門速度可以根據(jù)檢修工作需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，便于啟閉機(jī)檢修工作開展，降低檢修工作的難度和檢修風(fēng)險。

2.5 液壓控制系統(tǒng)計算

2.5.1 壓力流量計算

閘門液壓啟閉機(jī)缸徑670 mm，桿徑340 mm，啟門力2500 kN，持住力5500 kN，閘門自重閉門，工作壓力計算如下，桿腔壓力：

考慮沿程壓力損失系數(shù)1.05，系統(tǒng)最高壓力：

啟門速度為0.61 m/min，閉門速度為4.27 m/min，則啟門時桿腔流量：

閉門時無桿腔流量：

系統(tǒng)考慮差動閉門，因此閉門桿腔流量：

由于桿腔容積不夠充滿無桿腔容積，油缸上需要增加補(bǔ)油管，補(bǔ)油流量計算：

進(jìn)水口閘門啟門時靠油泵電機(jī)輸出流量壓力啟門，閉門依靠閘門自重，因此，考慮系統(tǒng)泄露系數(shù)1.1，系統(tǒng)啟門時，油泵需提供最大流量：

2.5.2 管路通徑計算

油管內(nèi)允許的流速：

壓力油管V1=3 m/s

回油管V2=2 m/s （8）

吸油管V3=0.6 m/s

管路通徑計算：因DN1==90 mm，得出選取有桿腔無桿腔油管φ114×9.5。因DN1==114 mm，得出選取補(bǔ)油管φ133×5。

2.5.3 油泵電機(jī)計算

泵站配置兩臺套油泵電機(jī)，互為備用。考慮電動機(jī)的效率η=0.85，電動機(jī)功率：

油泵排量為：

根據(jù)以上計算選定Rexroth 液壓油泵A10VSO-140DRS/32R-VPB22U99，最大流量210 L/min，額定工作壓力28 MPa。電機(jī)為ABB 電機(jī)QA225M4A-B35，功率為45 kW，轉(zhuǎn)速為1480 rev/min。

2.5.4 油箱計算

油箱有效容積=1.2 倍的系統(tǒng)中所有液壓缸的活塞桿的容積，即：

最高液面以上的容積=有效容積的15%，即：

最低液面以下的容積=油泵排量4 倍+油箱吸油口以下的容積，即

油箱的運行容積：2681 L。根據(jù)以上計算油箱有效容積為2700 L，考慮油箱的散熱及制作工藝，故選取主油箱容積為3000 L。綜上所述，得出新改造液壓系統(tǒng)參數(shù)見表2。

表2 新改造液壓系統(tǒng)參數(shù)表

2.6 現(xiàn)運行方式

閘門提升時，空載啟動油泵電機(jī)，延時10 s 左右，電磁閥得電后壓力油經(jīng)過節(jié)流逆止閥和有桿腔進(jìn)油閥后到有桿腔，閘門提起，無桿腔壓力油通過回油閥回到油箱。

閘門關(guān)閉時，落門電磁閥得電，差動回路，閘門依靠自身重力作為動力源往下落，液壓缸有桿腔的壓力油回到無桿腔并從油箱快速補(bǔ)油到無桿腔防止真空。

3 液壓系統(tǒng)改造成果分析

此次液壓系統(tǒng)除了重新建設(shè)液壓站、消除原液壓站存在的缺陷、配置新的油管、更換所有閥門外，還對啟閉機(jī)油缸的開度測量裝置進(jìn)行改造。改造后對進(jìn)水口事故快速閘門進(jìn)行了無水調(diào)試，調(diào)試取得良好成果：新液壓控制系統(tǒng)快速關(guān)閉閘門、開啟閘門、手動快速關(guān)閉閘門動作正確，啟門、閉門速度滿足設(shè)計要求；新控制閥組與原控制閥組的電氣控制系統(tǒng)切換正常。

原系統(tǒng)中公用系統(tǒng)現(xiàn)全部改為獨立系統(tǒng)，每扇閘門啟閉機(jī)從液壓設(shè)備到電氣設(shè)備完全隔離獨立運行，設(shè)備之間互不干擾。行程測量裝置和開度顯示符合設(shè)計要求，閘門全開過程和系統(tǒng)壓力值、閘門全開時間及閘門行程符合設(shè)計要求、各項保護(hù)功能符合設(shè)計要求[3]。

4 結(jié)語

天一電廠進(jìn)水口快速閘門改造后采用了一門一機(jī)的運行方式，獨立系統(tǒng)的運行方式具有技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)性良好的優(yōu)點。當(dāng)設(shè)備需要維護(hù)或保養(yǎng)時其他機(jī)組不再受影響，從而也有效提高了設(shè)備的液壓及電氣控制水平。現(xiàn)控制系統(tǒng)和液壓裝置運行非常穩(wěn)定，閘門動作可靠，為機(jī)組的安全穩(wěn)定運行提供了有力的保障，也為以后的智慧電廠做了鋪墊。