水轮发电机组导叶分段关闭装置的改造

牟 明

(吉林松江河水力发电有限责任公司，吉林 白山 134500)

0 引言

某电站是松江河梯级电站第3级电站，位于吉林省东南部松花江上游支流松江河上，装有2台单机容量为35 MW的轴流转桨式水轮发电机组。2010年6月，该电站2号机在投产试运行中做甩负荷试验时因反水锤引发抬机量过大的现象。为避免此类现象再次发生，电站将导叶关闭装置由一段直接关闭改为分段关闭的方式。拐点位置采用电气反馈接点，在主令控制变送器上取出1对导叶开度在35 %位置的开关量信号作为拐点信号。

1 存在问题

2011-04-25，2号机在A修后启动试运行中做甩负荷试验时，机组160 % Ne过速保护正确动作,并作用于机组紧急事故停机。但2号机在停机过程中，由于导叶分段关闭装置未动作，导致导叶开度直接关至全关，机组最高转速达123 % Ne，蜗壳压力为0.45 MPa，同时有6号剪断销剪断报警信号。现地检查发现，机组齿盘测速探头因抬机量过大而损坏，6号剪断销剪断。查找导叶分段关闭装置未动作原因，发现导叶开度位置开关量反馈控制电缆在经水机端子箱转接点处存在断线点。由此可见，导叶开度位置开关量电信号的可靠性是分段关闭装置正确动作的重要保障，关系着水轮机组的运行安全。

2 分段关闭装置的改造

参照2号机目前的关闭情况，同时为了避免现分段关闭装置采用电气反馈控制存在的导叶开度位置开关量电信号不可靠的问题，采用了一种可控式冗余型分段关闭装置。此外，为保证导叶开度在35 %位置的开关量信号能可靠地传送到监控系统，导叶开度反馈控制电缆不再经水机端子箱转接，而是直接将其接至监控系统。

2.1 改造后的分段关闭装置组成

可控式冗余型分段关闭装置主要由先导电磁阀、先导行程阀、液压切换阀、分段凸轮及节流滑块几部分组成。针对该电站油管路实际布局及安装位置，将可控式冗余型分段关闭装置主阀安装在原分段关闭装置处，先导电磁阀(带位置接点)、液压切换阀及相应的集成块都安装在可控式冗余型分段关闭装置主阀体上，先导行程阀安装在水轮机调速环旁，分段凸轮及节流滑块安装在水轮机调速环上。其中，先导电磁阀与先导行程阀的油路并联连接，并引管路与电气液控换向阀相通，如图1所示。在机组遇到事故紧急停机时的导叶关闭过程中，先导电磁阀和先导行程阀同时动作,通过电气液控换向阀控制电气和机械部分的主备用。

图1 液压控制系统

2.2 动作原理

正常时，液压切换阀控制先导电磁阀为主用，控制先导行程阀为备用，仍采用原来的导叶开度在35 %位置的开关量信号作为拐点信号。监控系统在收到拐点信号的同时，控制先导电磁阀动作，发出分段关闭装置的分段关闭指令。如果先导电磁阀动作0.2 s后，分段关闭装置未动作，即电气分段投入位置接点未动作，则切换阀自动切换到先导行程阀控制。由于节流滑块固定在水轮机调速环上，在导叶开度关至20 %时，凸轮位置开始与节流滑块的最低点接触；随着导叶继续关闭，凸轮位置随着节流滑块的坡度上升而不断滑动上升；在先导电磁阀控制分段关闭装置未动作0.2 s后，凸轮杆正好顶起至分段关闭行程阀动作位置，从而控制分段关闭装置动作，实现导叶分段关闭。

2.3 分段关闭投退原则

(1)事故停机时，导叶开度不大于分段关闭拐点时投分段。

(2)机组有功功率不小于10 MW时，机组出口开关在分闸位且导叶开度不大于分段关闭拐点时投分段。

(3)机组有功功率小于10 MW时，跳机组出口开关不投分段。

(4)正常开机不投分段。

2.4 电气液压切换阀电气控制回路原理

由于液压切换阀是瞬动型，具有一经通电就可以动作,且断电后不能自动复归的特性，因而控制液压切换阀带电时先导电磁阀为主用，失电时先导行程阀为备用。为此采用分段关闭电磁阀和分段关闭复归电磁阀来控制液压切换阀是否带电。在机旁APG4屏内加装1个直流220 V空气开关QF4，2个PLC开出继电器K7，K8，如图2所示。其中，接点1，2均在调速器控制系统PLC内部实现逻辑判断。接点1的闭合条件为机组在开机状态、发生机组事故且导叶开度不大于35 %；断开条件为停机状态或导叶开度大于35 %。接点2的闭合条件为停机状态或导叶开度大于35 %时延时1 s闭合，断开条件为接点2闭合后延时1 s自动断开。

若机组在开机状态、发生机组事故且导叶开度不大于35 %时，则继电器K7励磁，分段关闭电磁阀动作。若机组在停机状态或导叶开度大于35 %时，则延时1 s后，继电器K7失磁，分段关闭电磁阀失磁；继电器K8励磁，分段关闭复归电磁阀动作，动作后再经1 s延时，分段关闭复归电磁阀失磁，以保证下次停机时分段关闭装置仍能正常工作。至此一个控制流程结束。

图2 调速器控制系统PLC内部逻辑判断

3 改造效果

经过模拟机组在各种情况下紧急事故停机的试验，验证了改造后的导叶分段关闭装置动作稳定可靠，导叶从全开到全关时间满足分段关闭设计要求，蜗壳水压上升率和机组转速上升值在调节保证计算范围之内。

4 结束语

先导电磁阀和先导行程阀采用并联方式，并互为热备用，当其中一套装置出现问题时，机组导叶的分段关闭功能不受影响，充分发挥了机械式分段的可靠性和电气式分段的精确性，提高了机组安全稳定运行水平。同时，在设备改造布线时应采用电缆直接与监控系统相连的方法，尽量避免经其他端子排转接。日常维护中应加强回路连接的检查，提高设备工作的可靠性，为水电站实施“无人值班，少人值守”运行方式打下坚实的基础。