水轮发电机组过速保护装置分析

水轮发电机组过速保护装置分析
摘要】水电是清洁可再生能源，具有运行费用低、电能质量稳定、机组启停灵活、调峰调频能力强等优点。

水轮发电机组是水电厂的关键设备，其运行稳定性
状况不仅关系到电厂的经济效益，同时也影响电网的安全稳定运行。

机组的运行
稳定性是机组整体机械、水力和电气性能的集中体现，对机组的长期安全稳定运
行的重要性不言而喻。

【关键词】水电厂水力机组电网稳定性振动
水能资源的开发利用对于我国节能减排、优化能源结构、实现2020年非化石能
源占一次能源消费比重达到15%的目标有着重要的意义。

“十二五”期间，我国水
电建设经历了大发展，金沙江、澜沧江、大渡河、雅砻江等流域开发加快，一个
个大型甚至巨型水电厂相继投入生产运行。

水轮发电机组的容量和尺寸越来越大、结构越来越复杂，实际遇到的问题也越来越新颖，同时对机组运行稳定性的要求
也越来越高。

1研究的背景和意义
国家标准和行业规程对于表征水力机组稳定运行的主要参数都给出了明确具体的
要求和运行允许范围，各水电厂通常依据标准，对机组各部位的振动摆度等进行
评估，判断是否满足标准要求，同时分析机组是否存在异常和潜在缺陷。

机组稳
定性参数的大小和变化规律反映了机组的健康状况水平，是确定机组检修周期、
检修级别和检修项目的重要依据。

此外，对于大中型水电厂使用最为普遍的混流
式水轮发电机组来说，几乎必然的存在着禁止或限制运行的振动区域，而判断机
组振动区域范围和边界的主要依据就是机组振动、摆度、压力脉动等稳定性特征
参数。

机组的振动区域是机组负荷分配的重要约束条件之一，避开振动区域运行
是水电机组运行的基本要求。

因此，各发电企业对于机组运行稳定性状况非常重视。

机组稳定性问题既是设计和制造厂家的重要课题，也是运行维护单位极为关
注的问题，研究机组运行稳定性有重要的现实意义。

2机械过速保护装置原理
2.1结构原理
控制阀和过速环共同组成了机械过速保护装置，该装置的工作原理如下：水轮机
大轴上安装一齿圈，确保可以与机组运行状况同步，齿圈上存在大量离心飞摆，
通过弹簧予以控制，当机组的转速正常时候，弹簧的压力大于离心摆获得的离心力，所以此时离心摆是被牢牢固定的，一旦机组开始超出允许值运转，此时弹簧
所产生的压力就会明显小于离心摆获得离心力，此时离心摆压缩弹簧向外甩出，
从而撞击到控制阀上面的撞块，此时连接紧急停机阀的油路会被联通，机组被停
止运行，且向控制中心发出警告。

2.2动作原理
行程开关、控制阀以及过速环这三个组成部分共同组成了机械过速保护装置，其
中过速环安装的位置为水轮发电机组额大轴，其运行是与大轴同步的，如果机组
在正常地运行，那么弹簧的弹力大于离心摆受到的离心力，所以可以保证其处于
相对齿圈静止的状态，而且齿圈上面还有配重块，其作用是确保齿圈能够平稳运动，一旦水轮发电机组受到不正常操作或者是处于过速的状态的话，那么离心摆
受到的离心力就要大于弹簧形成的压力，进而使得摆块围绕固定转动中心摆动一
个角度，让其运转的最大半径有一个增值，在这个时候，摆块会与控制阀的撞块
发生相撞，从而使得撞块失去对控制阀芯的控制，阀芯被弹簧推动，从而使得紧
急停机电路被联通，进而使得机组的主配压阀运行，完成停机，而且行程开关也
会运行，发出停机信号，在此之后可以通过拉动手柄来手动启动机组。

其中控制阀的组成部分是阀体、阀芯、撞块、恢复手柄以及弹簧和行程开关，如
果水轮发电机组的运行是正常的，那么此时阀芯是被撞块顶住固定的，撞块尖端
距离离心摆外圆之间有一定的距离。

如果水轮发电机组开始超速地运行，那么就
会出现离心动作，一旦机组出现过速的情况，离心摆就会动作，离心摆外圆会被
甩出，从而撞击撞块尖端，撞块发生位移，无法控制阀芯，弹簧发生作用，从而
推动阀芯快速移动，使得紧急停机油路被接通，进而停止机组运行，此时行程开
关也会向控制中心发出机组被停机的信号，当通过手柄把阀芯和撞块恢复到初始
位置之后，机组就可以被重新启动。

3机组过速限制装置时间调节控制
在机组过速限制装置上，设置有保護关闭时间调节装置，用于机组保护关闭过程
时间调节。

机组保护关闭时间，应当严格按照水轮机水力调保计算的有关技术要
求设定，此次机组过速限制装置上的时间整定值为7s，实际整定值为7.02s。

4机组过速限制装置维护
4.1对于限速保护装置的日常维护中需要清扫其中的灰尘，确保液压系统清洁，
此外还需要对油液的清洁度进行定期的检查，确保其能够符合ISO标准16/13。

此外设备在运行的过程中，需要对系统压力以及油温进行监控，确保其处于合理
的范围之内，当机组运行了一段时间之后，需要重点对元件和端子的固定螺丝进
行检查，确保不会因为松动而导致接触不良的情况发生，从而阻碍了机组的安全
运行。

如果限速保护装置尚未启用，需要在各液压元件中灌注清洁的L-TSA46号
汽轮机油，未喷漆的加工表面涂上润滑脂，以防止生锈。

管接头孔应堵住、以防
止灰尘和脏物进入内部。

4.2机组过速限制装置及其元件维护
如果对阀块进行拆卸，需要确保其O形密封圈没有老化发硬且完好，再重新组装，否则需要对其立即进行更换。

想要确保可靠密封，就需要正确的使用O形密封圈，在装配的过程中需要确保每一个密封垫密封圈的规格都是正确的，密封圈必须能
够完全放入沟槽，如果阀块或者是液压元件在部分密封圈的上面，可以适当涂抹
黄油在沟槽内，对其进行粘贴，所有的密封面都必须清理干净，每颗螺丝也都需
要均匀用力，确保密封面被压紧。

5结束语
纯机械过速保护装置和事故配压阀是机组过速保护系统中最重要的设备，设计制
造出工作性能更可靠、维护更方便的机组过速保护系统，是水电人一直在思考的
问题。

本文结合本电站水轮发电机组过速保护系统的实际应用情况和过速保护系
统的设计原理，经过试验、分析和对比，在此推荐一种能够适合于大中型水轮发
电机组的过速保护系统方案，同时也是为大中型水电站机组过速保护系统设计或
升级改造提供参考与借鉴。

也为了能够更好地帮助人们工作。

参考文献：
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