新疆布仑口－公格尔水电站冲击式水轮机调速器机械液压系统设计

安 刚，陈玉婷，叶 伟，聂 伟，王丽娟

（1新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000；2.长江科学院武汉长江控制设备研究所，武汉 430010）

新疆布仑口－公格尔水电站冲击式水轮机调速器机械液压系统设计

安 刚1，陈玉婷2，叶 伟2，聂 伟2，王丽娟2

（1新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000；2.长江科学院武汉长江控制设备研究所，武汉 430010）

在新疆布仑口－公格尔调速系统设计中，采用国内外领先的液压控制技术，并结合国内外高水头冲击式机组的运用研究成果所制造的水轮机调速器机械液压系统完全符合工程应用。介绍了该六喷嘴冲击水轮机调速系统的机械液压系统的设计方案，包括喷针控制单元、折向器控制单元、事故停机集中控制单元以及结构设计，希望能对类似多喷嘴大型冲击式水轮机调速器的设计具有参考价值。

冲击式水轮机；6喷6折；机械液压系统；模块化结构

1 工程概况

布仑口－公格尔水电站位于新疆维吾尔自治区克州阿克陶县境内，是盖孜河中游河段梯级电站中的第一级水电站，并是疆南电网骨干电源，承担调峰、调频、事故备用和部分基荷的任务。电站总装机容量200 MW，引水式开发，装设3台单机容量为67 MW、额定水头607 m的水斗式立轴水轮发电机组。

水轮机组调速器采用长江科学院武汉长江控制设备研究所生产的CJT6／6－6.3型冲击式水轮机专用微机调速器。该调速器具有独立的6套喷针电液比例控制系统和6套独立的折向器开关量控制系统，并且设置了一套机组过速保护的集中控制系统。其电气部分采用可靠性较高的PCC微机控制器，机械液压系统采用先进的液压控制技术和模块化结构设计方案，电液转换元件采用德国Bosch比例阀。整机技术先进、配置优良、结构简单、可靠性高，同时具有良好的可操作性和可维护性。

2 冲击式水轮机调速器

冲击式水轮机主要应用于高水头小流量机组，其流量调节是通过喷针移动改变喷嘴喷出的射流直径从而改变水轮机的进水流量。由于冲击式机组的引水系统和压力钢管较长，喷针应采取缓慢关闭的方式，否则会产生水锤和水压过高，危及机组安全。在转轮与喷嘴之间安装有折向器，当机组大波动或甩负荷时，利用它快速偏转水流、减少流量、防止机组出现飞逸，而喷针则采取缓慢关闭的方式，以满足引水系统和压力钢管的水锤压力上升值。因此，冲击式水轮机有喷针和折向器双重调节机构。

冲击式水轮机调速器机械液压系统的主要特点有：

（1）具有双重调节机构的喷针作为主调节系统，采用电液比例阀实现闭环连续控制；折向器采用开关量控制，仅在大波动或系统甩负荷时快速关闭折向器，起到机组过速保护的作用。因此，喷针与折向器液压放大执行单元的机械液压系统的控制方式和液压功率是不同的。

（2）机械液压控制执行单元多，有N个喷嘴数就有对应的N套子液压系统，它们既相互独立又相互关联。

本文主要介绍新疆布仑口－公格尔电站6喷6折冲击式水轮机调速器机械液压系统的设计。

3 机械液压系统整体方案

CJT6／6－6.3型冲击式水轮机专用微机调速器由电气控制柜和机械液压系统组成一个完整的闭环特点是流量大、响应快及密封性好，适合在大功率液压系统中实现多种形式的集成。插装阀主要由插装单元、控制盖板、先导控制阀和插装块体组成。其中：

（1）插装元件又称主阀主件，是二通插装阀主级或功率级的主体元件。它由阀芯、阀套、弹簧密封件等组成。插装元件插装在集成块体中，通过它的启闭和开启量的大小来控制主油路油流的通断、压力的高低和流量大小。该插装元件的阀芯采用的是锥阀形式，锥阀靠和阀座形成的线接触密封，因而主油路油口密封性能好。

（2）控制盖板由盖板体、先导阀、节流螺塞和其它附件组构成。通过盖板固定主阀组件，并用于沟通阀块体内的控制油路。同时在控制盖板安装有行程调节器，便于调节阀芯行程，用于调整折向接力器的开关时间。

（3）先导控制阀系指电磁先导阀和液控先导阀结构。安装在集成块体上。正常工况时：在两只先导阀的控制下，常开插装阀作为喷针和折向器控制油供油通道，常闭插装阀截止压力油和排油通道。非正常工况时：电磁先导阀或液控先导阀动作，常开插装阀关闭，切断喷针控制单元和折向器控制单元的控制油路，同时打开常闭插装阀。此时，一路由压力油经插装阀CV3直接进入折向器关机腔，折向器开机腔经插装阀CV2接通排油，实现折向接力器关闭，快速切断水流；另一路喷针停机阀在弹簧力作用下换向，直接作用喷针接力器，以一定的速率关闭喷针。见系统工作原理简图1。

由图1可知，无论喷针或折向器处于何故障位置，该事故配压阀均能实现可靠、快速关机。

4 结构设计

机械液压控制柜型见图2，其结构特点为将控制柜和配管箱分为上下两层，即有专门的配管箱。控制柜采用磁性密封结构的全密封式柜体，采用模块式直连方式，布置有12套机械液压执行单元和事故配压阀。柜内所有控制阀均为板式结构或内置式结构，如比例阀、电磁换向阀、隔离阀、液动阀、二通插装阀等均集成于集成块上，各阀之间的联接由集成块内部的油道完成。该控制柜结构简单，操作维护方便；控制柜柜体盘面上布置了各种开关、操作按纽、指示灯及表计；配管箱内有足够的布管空间，方便拆卸及进出油口的连接，并有一定的无泄漏容积；滤油器布置在箱体侧面，可方便清洗和或更换滤芯。

图2 液压控制柜Fig.2 The hydraulic control cabinet

5 结 语

近年来国内高水头电站的应用愈来愈多，冲击式水轮机调速器的应用技术亦更加先进，控制功能亦更趋于完善。国内先后有冶勒、仁宗海、金窝、大发、吉沙等大型冲击式机组投入运行。近年来，国内制造厂商不断地研发和改进冲击式调速器，在高水头特殊工况的运行方式、多喷嘴喷针系统联动控制以及喷针与折向器联合控制等领域积累了一定的经验。在新疆布仑口－公格尔调速系统设计中，采用国内外领先的液压控制技术及配置高品质、高性能的液压元件，并结合国内外高水头冲击式机组的运用研究成果，在生产制造、试验和检测环节中精益求精，严格把关，使之完全符合工程应用［4］。为我国水电控制设备的发展和水利水电建设作出了一定贡献。

［1］ 潘熙和，王丽娟，齐耀华，等.多喷嘴冲击式水轮机调速器在阿鸠田水电站的应用［J］.水利发电，2008，32（3）：45－48.（PAN Xi-he，WANG Li-juan，QI Yaohua，et al.Application of the Speed Governor for Multinozzle Impulse Turbine to the Ajiutian Hydropower Station［J］.Water Power，2008，32（3）：45－48.（in Chinese））

［2］ 雷天觉.液压工程手册［M］.北京：机械工业出版社，1990.（LEITian-jue.Handbook of Hydraulic Engineering［M］.Beijing：China Machine Press，1990.（in Chinese））

［3］ 张建明，吴道平，曾剑鸿.液压插装技术在水轮机调速器中的应用［J］.江西电力，2009，33（4）：42－45.（ZHANG Jian-ming，WU Dao-ping，ZENG Jian-hong.Application of Cartridge Valve Technology in Hydraulic Turbine Governor［J］.Jiangxi Electric Power，2009，33（4）：42－45.（in Chinese））

［4］ 潘熙和，贾宝良，吴应文.我国水轮机调速技术最新进展与展望［J］.长江科学院院报，2008，25（5）：79－83.（PAN Xi-he，JIA Bao-liang，WU Ying-wen.Progress and Prospect of Domestic Turbine Control Technology［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2008，25（5）：79－83.（in Chinese））

［5］ 文宏泽.大中型冲击式水轮机调速器双重调节方式探讨［J］.云南水力发电，2005，21（2）：80－82.（WEN Hong-ze.Discussion on Dual Governing Mode of Large and Medium Impulse Turbine Governors［J］.Yunnan Water Power，2005，21（2）：80－82.（in Chinese））

［6］ 范学民.田湾河梯级水电站六喷针调速系统运行分析［J］.大电机技术，2009，（4）：62－64.（FAN Xue-min.An Analysis on the Operation of Six Nozzle Needle Speed-Governing System at Tianwanhe Cascade Hydropower Station［J］.Large Electric Machine and Hydraulic Turbine，2009，（4）：62－64.（in Chinese） ）

（编辑：姜小兰）

Design of the M echanical Hydraulic System of Im pulse Turbine Speed Governor at Bulunkou Hydropower Station

AN Gang1，CHEN Yu-ting2，YEWei2，NIEWei2，WANG Li-juan2
（1.Xinjiang Water Resources and Hydropower Design Institute，Urumqi 830000，China；2.Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

This paper presents a design scheme of themechanical hydraulic system of the speed governing system of impulse turbine with 6 nozzles and 6 deflectors at Bulunkou-Gongge’er Power Station in Xinjiang Autonomous Region.In association with the research achievements of high head impulse units，advanced hydraulic control technology is adopted in themanufacturing，testing and inspection of the design，which is qualified to be applied in engineering.The design includes nozzle control unit，deflector control unit，centralized control unit for accidental shutdown，and the structure design.This paper would be referential for the design of the speed governor of large-sized impulse turbine with multi-nozzles.

impulse turbine；6 nozzles and 6 deflectors；mechanical hydraulic system；modular construction

TV734.1；TK730.41

：A

1001－5485（2011）09－0064－04

2011-06-09

安 刚（1975-），男，新疆乌鲁木齐人，工程师，长期从事水电站水力机械设计工作，（电话）13999103311（电子信箱）angang3030＠163.com。

王丽娟（1958-），女，湖北武汉人，高级工程师，长期从事水轮机调速器机械液压系统的设计与研究工作，（电话）18627000899（电子信箱）whswlj＠163.com。