多功能型水轮机控制装置

王华军，丁 伟，史 倩，袁 巍

(武汉四创自动控制技术有限责任公司，湖北 武汉 430063)



多功能型水轮机控制装置

王华军，丁 伟，史 倩，袁 巍

(武汉四创自动控制技术有限责任公司，湖北 武汉 430063)

0 引 言

近年来，农村小水电站建设高速发展，特别是水资源丰富且设备老旧的水电站进行增效扩容改造的项目增多。由于是中小型水电站，若每台水轮发电机组都分别独立配套调速器、减压装置、刹车装置、高压顶起装置等，那么新建或增效扩容改造成本就会较高，且各设备安装较分散，不利于检修、维护及操作。因此，有必要设计一种既能安全可靠控制水轮发电机组，也能节省新建或增效扩容改造成本的多功能型水轮机控制装置。

1 设 计

多功能型水轮机控制装置由调速器、减压装置、刹车装置、高压顶起装置组成(见图1)。调速器、刹车装置、高压顶起装置的压力油取自同一油源(即同一个油压装置)，分别控制导叶接力器及刹车接力器(高压顶起接力器)。若高压顶起接力器、刹车接力器的额定油压与导叶接力器的额定油压相同，则可不配置减压装置，且只用刹车装置或高压顶起装置完成刹车和高压顶起功能；若导叶接力器的额定油压高于高压顶起接力器、刹车接力器的额定油压，且高压顶起接力器与刹车接力器的额定油压相同，则可只配置1套减压装置和刹车装置或高压顶起装置完成刹车和高压顶起功能。

如图所示：减压装置、刹车装置、高压顶起装置为初始状态，即减压装置未输出油压、刹车接力器(高压顶起接力器)为退出状态。

1-刹车接力器(高压顶起接力器)；2-叠加式节流阀；3-叠加式液压锁；4-电磁换向阀；5-减压阀；6-电磁换向阀；7-电磁换向阀；8-减压阀；9-电磁换向阀；10-叠加式液压锁；11-叠加式节流阀

图1 多功能型水轮机控制装置布置示意

来自油压装置的压力油经P1进入调速器，调速器控制液压油进入导叶接力器的A腔或B腔，实现导叶接力器关或开。

减压装置(中间)包括依次连接的电磁换向阀7、减压阀8；刹车装置包括依次连接的电磁换向阀9、叠加式液压锁10、叠加式节流阀11；来自油压装置的压力油经P2进入中间减压装置电磁换向阀7的P4口，电磁换向阀7的输出口A1与减压阀8的P5口相联，减压阀8的输出口A2与电磁换向阀9的输入口P6相联，电磁换向阀9的两输出口A3、B1分别与叠加式液压锁10的两输入口A4、B2相联，叠加式液压锁10的两输出口A5、B3经叠加式节流阀11 的A6、B4与刹车接力器(高压顶起接力器)的A7、B5相联。

减压装置(左侧)包括依次连接的电磁换向阀6、减压阀5；高压顶起装置包括依次连接的电磁换向阀4、叠加式液压锁3、叠加式节流阀2；来自油压装置的压力油经P3进入左侧减压装置电磁换向阀6的P7口，电磁换向阀6的输出口A8与减压阀5的P8口相联，减压阀5的输出口A9与电磁换向阀4的输入口P9相联，电磁换向阀4的两输出口A10、B6分别与叠加式液压锁3的两输入口A11、B7相联，叠加式液压锁3的两输出口A12、B8经叠加式节流阀2 的A13、B9与刹车接力器(高压顶起接力器)的A7、B5相联。

2 控制过程

当刹车接力器需投入时：电磁换向阀7接收减压投入信号，其左侧电磁线圈动作的同时电磁换向阀9接收刹车投入信号其右侧电磁线圈动作，压力油经P2进入中间减压装置电磁换向阀7的P4口至输出口A1；然后由减压阀8的P5至输出口A2，再经电磁换向阀9的输入口P6至输出口B1与叠加式液压锁10的输入口B2联通；最后经叠加式液压锁10的输出口B3、叠加式节流阀11 的B4进刹车接力器(高压顶起接力器)的投入腔B5。刹车接力器(高压顶起接力器)的复归腔A7液压油经叠加式节流阀11 的A6至A5，然后经叠加式液压锁10的A4至电磁换向阀9的A3,最后经T2进回油箱，实现刹车接力器投入。

当刹车接力器需复归时：电磁换向阀9接收刹车复归信号时其左侧电磁线圈动作，来自减压阀8输出口A2的液压油，经电磁换向阀9的输入口P6至输出口A3与叠加式液压锁10的输入口A4联通；然后经叠加式液压锁10的输出口A5、叠加式节流阀11 的A6进刹车接力器(高压顶起接力器)的复归腔A7。刹车接力器(高压顶起接力器)的投入腔B5液压油经叠加式节流阀11 的B4至B3，然后经叠加式液压锁10的B2至电磁换向阀9的B1,最后经T2进回油箱，实现刹车接力器复归。

当刹车接力器需复归后：电磁换向阀7接收减压退出信号其右侧电磁线圈动作，压力油经P2进入中间减压装置电磁换向阀7的P4口后截止，此时减压退出。

当高压顶起接力器需投入时：电磁换向阀6接收减压投入信号其左侧电磁线圈动作的同时电磁换向阀4接收高压顶起投入信号其右侧电磁线圈动作，压力油经P3进入中间减压装置电磁换向阀6的P7口至输出口A8；然后由减压阀5的P8至输出口A9，再经电磁换向阀4的输入口P9至输出口B6与叠加式液压锁3的输入口B7联通；最后经叠加式液压锁3的输出口B8、叠加式节流阀2 的B9进刹车接力器(高压顶起接力器)的投入腔B5。刹车接力器(高压顶起接力器)的复归腔A7液压油经叠加式节流阀2的A13至A12，然后经叠加式液压锁3的A11至电磁换向阀4的A10,最后经T4进回油箱，实现高压顶起投入。

当高压顶起接力器需复归时：电磁换向阀4接收高压顶起复归信号时其左侧电磁线圈动作，来自减压阀5输出口A9的液压油，经电磁换向阀4的输入口P9至输出口A10与叠加式液压锁3的输入口A11联通；然后经叠加式液压锁3的输出口A12、叠加式节流阀2 的A13进刹车接力器(高压顶起接力器)的复归腔A7。刹车接力器(高压顶起接力器)的投入腔B5液压油经叠加式节流阀2 的B9至B8，然后经叠加式液压锁3的B7至电磁换向阀4的B6,最后经T4进回油箱，实现高压顶起复归。

当高压顶起接力器需复归后：电磁换向阀6接收减压退出信号其右侧电磁线圈动作，压力油经P3进入左侧减压装置电磁换向阀6的P7口后截止，此时减压退出。

3 主要特点

多功能型水轮机控制装置采用各种功能的标准液压件组成；调速器与减压装置、刹车装置、高压顶起装置采用并联方式联接，互不干扰。功能主要有调速控制功能、减压功能、刹车功能、高压顶起功能；各个控制装置都共用同一个油源(即同一个油压装置)，独立工作，互不干扰；不同控制功能的控制装置集于一体安装在调速器油压装置上，既减小安装空间，也降低投资成本，还有利于各设备的检修、维护及操作。由于采用的是标准液压件，体积大大减小，渗漏量也极小，可减少油压装置油泵的起动次数，延长油泵使用寿命。

4 结 语

该多功能型水轮机控制装置已成功投运，运行稳定可靠，各项性能指标均满足要求，减小了安装空间，降低了投资成本，适于推广应用。

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责任编辑 吴 昊

2015-07-01

王华军(1978-)，男，主要从事水电站调速器的研究、开发、设计与应用等工作。 E_mail：whj20080801@163.com