五强溪水电厂机械过速保护系统改造分析

五强溪水电厂机械过速保护系统改造分析

谌林

五凌电力有限公司五强溪电厂湖南省沅陵县419642

摘要：水轮发电机组过速保护系统主要是由事故配压阀和机械过速保护装置组成。在机组发生过速时，避免水轮发电机组发生飞逸现象。本文结合五强溪电厂现有机械过速保护装置的实际应用情况，提出改造思路与方案。

关键词：机械过速保护装置；技术改造；水轮发电机组

1五强溪水电厂现有机械过速保护系统介绍及存在的问题

1.1五强溪水电厂现有机械过速保护系统介绍

五强溪水电厂机组调速器机械过速装置由福伊特设计制造，结构包含安全摆、安全摆继动阀。安全摆结构为一圆弧板上有两个孔，在其中一个孔内装动轴承，在测速齿盘的上端面固定两个销钉，其中一个和圆弧板上安装的滚动轴承孔相配合，圆弧板以此销为圆心转动，另一销钉直径较圆弧板上的孔径小得多，所以圆弧板套在锁钉里面后，还可以绕圆心转动，只不过是角度受到限制。

在圆弧板安装滚动轴承的那头端面，压有一根弹簧，弹簧力可由固定在测速齿盘的螺杆调节，当机组转动时，在圆弧板上产生离心力，装有滚动轴承那端受到约束，而另一端的离心力克服弹簧力及磨擦力使圆弧板转动一定角度，机组转速越高，圆弧板转动角度就越大，而弹簧力的大小可限制圆弧板的转动角度。

图1五强溪电厂现有过速保护安全摆总装示意图及结构图

如图1所示，安全摆继动阀由一根针塞来控制油路，针塞左端又被一抓爪形触头挡住，使针塞不能右移。因抓爪形触头转动中心和针塞中心在一条线上，针塞尽管给触头向右的力，但没有产生扭转，如果突然在触头端部给一力F作用，使触头受到逆时针方向扭矩作用而转动，当偏转一定角度后，针塞右瑞失去抓爪形触头的支撑点，针塞马上右移较远行程。作用在触头上的力F消失后，尽管复位弹簧给抓爪一顺时针扭矩作用，而针塞已将触头卡住不能复归，针塞在图中位置时，P油口的压力油经针塞的台阶流到A油口，然后去控制紧急关闭活塞，当针塞右移以后，P油口被封堵，而A和T油口相通排油，紧急关闭失去控制油而紧急关机，要想使针塞复位，就必须手动去按压左瑞的传动机械球柄，图示位置过速摆来动作，针塞处于正常位置，球柄被限位，不能再往下压。当针塞右动后，球柄会跑上来，通过观察球柄位置可判断过速位置是否动作。我们将过速摆继动阀，固定在水导轴承盖上，认为是静止不动的，触头位置正好对正测速齿盘上的圆弧板，触头最外端和圆弧板之间有一定间隙，调整圆弧板端部弹簧的力，当机组达到整定的过速值时，圆弧板往外甩出，正好撞击安全摆继动阀的触头，使继动阀针塞动作，紧急关机，而机组在正常运行或末达到过速值时，要求触头不能被碰击引起误关机，过速摆的调整试验一般在空载进行，当机组甩荷或在振动区运行时，尽管转速没达到过速值，但机组摆度、振动变化，往往容易引起过速摆误动。

1.2五强溪水电厂现有纯机械过速保护系统存在的问题

五强溪电厂现有此型式的过速装置与湖南省电科院检验的装置不匹配，因此无法对其过速动作的定值进行整定，与《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的相关规定相违背。且该机械过速装置布置在水导油槽内部，因设备老化导致控制油管路频繁出现渗漏现象，而日常巡视人员无法及时发现，增加了设备的安全隐患，因此有必要对机组调速器机械过速装置进行改造。

2拟改造机械过速装置工作原理及组成

2.1改造思路

1）更换新型机械过速保护装置，其组成结构由离心探测器(发讯装置)和脱扣器(执行装置)两部分组成；

2）将机械过速保护装置的控制管路从水导油槽内部移至水导油槽上部；

3）更换液控换向阀；

2.2拟改造机械过速装置工作原理及组成

图2机械过速保护装置组成

1）纯机械保护是不依赖机组的测速装置，而是利用离心力的原理工作，过速摆安装在两个半圆法兰紧固圈之间，固定在水轮机发电机组的大轴上，与大轴同步运转。过速飞摆内的柱塞安装在黄铜腔室内，由带预紧力的弹簧来完成过速保护动作的触发。当机组正常运行时，弹簧的弹力作用在离心摆块上，克服其离心力，使它处于相对静止状态；当机组由于不正常操作而处于过速状态到预设过速保护值时，过速飞摆中的柱塞会随着转速增加，离心力大于弹簧的预紧力，从黄铜腔室中压缩弹簧而伸出，从而撞击液压阀上的触头（脱扣装置），使其放松对控制阀芯的控制，阀芯在弹簧力的作用下实现对液压阀的油管压力的切换，迅速接通紧急停机的油路，使机组事故配压阀动作，从而迅速停机，达到过速保护的目的。具体结构由图2所示。

2）机械过速保护装置由脱扣器、离心探测器（图3）、配重块、安装环等组成，脱扣器接收过速信号，离心探测器监测转速信号。其系统原理图如图4所示。

图4机械过速保护原理图

3新过速装置改造条件及改造后试验

3.1新过速装置改造条件

在基本原理相同的前提下，结合各机组原有油系统管路布置特点，以不影响原有系统功能、确保新装置可靠、方便运行维护检修为原则，利用机组C级以上检修落门排水消撤压的机会进行机械过速保护系统改造工程，平均每台机改造工期10～15ｄ。

3.2新过速装置改造后试验

为了验证机械液压过速保护装置的安全性、可靠性和稳定性，安装后需进行无水条件下的过速模拟试验和有水条件下的机组过速实验。

1）无水条件下的过速模拟试验

试验条件及过程:纯机械过速装置改造施工完毕，机组上下游门落门，油系统已升压，机组导叶微开约5%，半开事故过速系统油源阀，带事故配压阀进行试。手动触动行程阀、复归行程阀。试验结果：行程阀、切换阀动作灵活、准确、到位，油阀、事故配压阀、导叶动作均正常。

2）有水开机动作试验

试验条件及过程:机组上下游门提起，油系统恢复至正常运行状态，手动开机至100%νn，机械、电气开机试验无异常。手动增加导叶开度使机组转速增加至154%νn左右，现场监视纯机械液压过速装置动作情况。若机组转速达158%νn时纯机械液压过速装置仍未动作，应暂停试验。试验结果：纯机械液压过速装置动作灵敏、可靠，动作值准确无误。如出现提前动作或未动作，经调整离心探测器后均应准确动作。

3）改造后的问题及建议

机组过速试验中如发现纯机械液压过速装置拒动的情况，大多数是离心探测器整定值偏小造成，经调整后均应达到设计要求。但如果拒动后，检查发现机械过速行程阀动作节点信号已发出，脱扣器处于动作与复归间的非正常位置，飞摆和脱扣器凸轮上均有碰撞摩擦痕，表明离心探测器在升速过程中已动作。此情况可以考虑是阀体内部卡涩造成。由于阀体制造精度较高，如果液压油的颗粒度超标，且油内杂质较多的话，容易引起阀体内部阀芯的卡涩。导致行程阀动作不到位。因此，在改造后的运行过程中，要确保液压用油的颗粒度要求，并利用检修机会对液压油进行过滤，对阀体进行解体清扫，保证相关阀体的动作正常。

离心探测器安装圆环安装在水轮机主轴上随机组一起旋转，由于安装圆环上方的推力轴承常有渗油沿主轴流下，同时在机组运行时长时间振动，可能造成安装圆环松动或整体下滑，导致飞摆偏离原有位置或触发力达不到行程阀动作要求，机组过速时无法实现正常停机。因此，应在水轮机主轴与探测器安装圆环固定位置进行标识，便于维护员在日常巡视或检修期间检查安装圆环位置是否有偏离。或是在主轴上焊接离心探测器固定点，防止安装圆环偏离。

结语

经过改造后的纯机械液压过速保护系统结构简单、准确、可靠，可保证机组在各种异常情况下都能快速关闭导叶，防止了飞逸事故的发生。而且有效解决了与湖南省电科院检验的装置匹配进行过速动作的定值进行整定的问题。符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》的相关规定，方便了后续日常检修维护，成为最后一道可靠的保护屏障，确保五强溪水电厂水轮发电机组的安全高效运行。

参考文献

[1]何国勤，李正洪.机械液压过速系统在水电站中的应用[J].水电自动化与大坝监测，2003，27（5）：40-41.

[2]刘延辉．水轮发电机组过速保护系统应用及浅析[J].中国科技博览，2010（35）：317.

[3]ALSTOM机械过速保护装置安装手册[Z].武汉：武汉安施通电气有限公司,2012.

作者简介

谌林（1982-）男，助理工程师，从事水电厂设备点检工作。