葛洲坝水电站纯机械过速保护改造与试验_张益华

阀门１７１是切 换 阀 工 作 腔 油 源 的 控 制 阀 门，理 论 上 ，关 闭 阀 门 １７１ 切 换 阀 的 工 作 腔 失 压 ，切 换 阀 应 动作。但部分机 组 试 验 ０．５ｈ 后 仍 未 动 作，可 能 因 工作腔和油管路 密 封，形 成 憋 压，切 换 阀 不 能 动 作。 运行中禁止关闭阀门１７１，防止 过 速 切 换 阀 误 动 作， 导 致 事 故 配 压 阀 误 关 闭 导 叶 ，使 机 组 有 功 进 相 。 ３．１．３ 关 闭 阀 门 １７２，１７１，１７０
收 稿 日 期 ：２０１１－１１－１１；修 回 日 期 ：２０１２－０１－２７。
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装置故障拒动 时，转 速 继 续 上 升 至 １５４％ｖｎ 时 离 心 探测器动作，通过纯 机 械 液 压 方 式 实 现 关 闭 导 叶 紧 急停机。纯机械过速保护装置在保留原有过速保护 系统全部功能的基础上消除了原有转速测量环节的 设备安全隐患，同时 增 加 了 以 离 心 飞 摆 为 原 理 的 纯 机械过速测 量 设 备，设 置 了 多 级、多 重 水 车 保 护 措 施 ，从 而 满 足 机 组 安 全 运 行 的 要 求 。
过 速 切 换 阀 动 作 切 除 ，直 接 将 油 阀 控 制 腔 通 回 油 ，使 油阀的 阀 芯 上 移 打 开，压 力 油 注 入 事 故 配 压 阀 Ｐ 腔 ，关 闭 导 叶 ，最 终 实 现 机 组 紧 急 停 机 。 纯 机 械 过 速 保护系统动作流程如图５所示。
图 ５ 纯 机 械 过 速 保 护 系 统 动 作 流 程
当转 速 上 升 到 １５２％ｖｎ 时，转 速 信 号 器 接 点 使 二级 过 速 电 磁 配 压 阀 ２ＤＰ 开 启，切 换 阀 在 右 端 位 置，油 阀 开 启，事 故 配 压 阀 动 作 关 闭 导 叶。２ＤＰ 复
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位后，切换阀、油阀、事 故 配 压 阀 复 位。１ＤＰ 和 ２ＤＰ 同时或先后 动 作 时，其 油 路 切 换，切 换 阀 在 中 间 位 置 ，油 阀 上 腔 通 排 油 ，事 故 配 压 阀 动 作 ，关 闭 导 叶 。
图 ３ 机 械 过 速 保 护 装 置 离 心 探 测 器 安 装 位 置
当转 速 达 到 保 护 装 置 设 定 值 时，离 心 探 测 器 的 离心块触动机械脱 扣 器 棘 轮，机 械 脱 扣 器 内 部 机 械 联 动 ，使 机 械 过 速 行 程 阀 动 作 切 换 ，后 续 液 压 系 统 随 动 ，实 现 机 组 停 机 ［１］，其 液 压 原 理 如 图 ４ 所 示 。
３ 试 验 情 况
葛洲坝水电站纯机械过速系统改造新增机械部 件有：机械过速切 换 阀、离 心 探 测 器、机 械 脱 扣 器 和 机械过速行程阀 等。 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 撤 压 的 机 会 进 行纯机械过速保护 系 统 改 造 工 程，平 均 每 台 机 改 造 工期１０～１５ｄ，改 造 铜 管 和 软 管 约 ５０ ｍ，各 类 管 接 头 ３０ 余 个 ，固 定 用 管 卡 近 ３０ 个 。 由 于 工 期 有 限 ，装 置 部 件 、阀 门 和 管 路 较 复 杂 ，而 且 改 造 基 于 原 有 过 速 系统，新旧部件 共 用。 为 了 验 证 纯 机 械 液 压 过 速 保 护 装 置 的 安 全 性 、可 靠 性 和 稳 定 性 ，安 装 后 进 行 了 无 水条件下的阀门动 作 试 验、过 速 模 拟 试 验 和 有 水 条 件下的机组过速实验等 。 ［２］ 结合前期机组改造 后 运 行 期 间 暴 露 的 问 题 ，在 其 他 机 组 改 造 中 不 断 改 进 。 ３．１ 无 水 条 件 下 阀 门 动 作 试 验
图 ４ 纯 机 械 液 压 过 速 保 护 液 压 原 理
改造后，原一 级、二 级 过 速 流 程 保 持 不 变，仍 是 过速电磁配压阀动 作，切 换 阀 在 双 向 液 压 驱 动 ＋ 弹 簧复中，油路切换，油 阀 的 阀 芯 打 开，压 力 油 注 入 事 故配压阀 Ｐ腔。
若 一 级 、二 级 过 速 失 效 机 组 转 速 仍 然 升 高 ，转 速 达到机械过速设定 值 时，离 心 探 测 器 触 动 机 械 脱 扣 器 动 作 ，机 械 过 速 行 程 阀 阀 芯 右 移 ，机 械 过 速 切 换 阀 阀 芯 也 右 移 ，此 时 无 论 原 一 级 、二 级 过 速 保 护 系 统 电 磁配压阀和切换阀 油 路 处 于 何 种 状 态，都 将 被 机 械
１ 原 有 过 速 保 护 系 统
葛洲坝水电站原有的过速保护系统主要由判断 环 节 即 转 速 测 量 装 置 （电 气 ）和 执 行 环 节 即 过 速 保 护 装置（机械液压）２部分组成。机组转 速 测 量 方 式 主 要是永磁机残压测 频，永 磁 机 和 机 组 主 轴 通 过 万 向 节 连 接 并 同 步 转 动 ，输 出 电 压 信 号 至 转 速 继 电 器 ，当 转速超过１１５％ｖｎ 和 １５２％ｖｎ 时，一 级 和 二 级 过 速 继 电 器 动 作 ，驱 动 过 速 系 统 电 磁 阀 动 作 ，通 过 油 路 切 换 最 后 动 作 事 故 配 压 阀 ，快 速 关 闭 导 叶 ，从 而 实 现 停 机。原过速保护动作流程如图１所示。
图 ６ 纯 机 械 过 速 切 换 阀 及 其 管 路
３．１．１ 单 独 关 闭 阀 门 １７０ 切换阀、行程 阀 不 动 作。 当 切 换 阀 处 于 复 归 状
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态 ，切 换 阀 的 恒 压 腔 和 工 作 腔 处 于 连 通 状 态 ，因 此 关 闭阀门１７０会使恒 压 腔 和 工 作 腔 同 时 失 压，两 腔 不 会 产 生 压 力 差 ，切 换 阀 不 会 动 作 。 ３．１．２ 单 独 关 闭 阀 门 １７１
机械过速保护装置离心探测器与主轴同步旋 转 ，其 具 体 安 装 位 置 如 图 ３ 所 示 。
图 ２ 原 过 速 保 护 执 行 环 节 基 本 动 作 原 理
２ 纯 机 械 液 压 过 速 保 护 装 置 原 理
葛 洲 纯 机 械 液 压 过 速 保 护 装 置 ，由 过 速 离 心 探 测 器 、脱 扣
第 ３６ 卷 第 ２ 期 ２０１２ 年 ４ 月 ２０ 日
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－３８９３．２０１２．０２．０１４
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０，２０１２
葛洲坝水电站纯机械过速保护改造与试验
张益华
（中国长江电力股份有限公司葛洲坝电厂，湖北省宜昌市 ４４３００２）
摘要：分析了葛洲坝水电站水轮发电机 原 有 过 速 保 护 可 靠 性 的 不 足 和 安 全 方 面 的 隐 患 ，以 及 纯 机 械过速保护原理。纯机械过速保护改造补充和完善了保 护 功 能，提 高 了 可 靠 性 和 安 全 性。 根 据 试 验和初期运行情况提出了后期改造的建议。
关 键 词 ：水 电 站 ；水 轮 发 电 机 ；纯 机 械 过 速 保 护
０ 引 言
葛 洲 坝 水 电 站 装 备 ２１ 台 水 轮 发 电 机 组 ，具 有 低 水头（８．３～２７．０ ｍ）、低 转 速 （大 机 ５４．６ｒ／ｍｉｎ、小 机６２．５ｒ／ｍｉｎ）、大尺 寸 （转 轮 直 径 大 机 １１．３ ｍ、小 机１０．２ｍ）、转 动 惯 量 大 等 特 点，且 未 安 装 快 速 闸 门。遇有开机或甩 负 荷 时 调 速 器 失 灵，若 过 速 保 护 拒动将导致机组飞 逸、发 电 机 损 坏 甚 至 破 坏 厂 房 和 大坝基础等严重事故。
器、配压阀、过速保 护 切 换 阀、安 装 附 件 和 现 有 的 事 故 配 压 阀 等 组 成。 离 心 探 测 器 整 定 值 略 大 于 １１５％ｖｎ，１５２％ｖｎ 二 级 过 速 保 护 （机 械 过 速 整 定 值 约 １５４％ｖｎ），从 而 作 为 机 组 过 速 的 最 终 保 护 。 ２．１ 动 作 原 理
为了 提 高 过 速 保 护 系 统 的 可 靠 性，葛 洲 坝 水 电 站从２００８年开始进 行 纯 机 械 液 压 过 速 保 护 和 齿 盘 测速装置改造工作。一是取消原有测速永磁机及其 连 接 部 件 ，在 发 电 机 大 轴 上 安 装 齿 盘 测 速 装 置 ，提 高 原有１１５％ｖｎ（ｖｎ 为额定 转 速）和 １５２％ｖｎ 过 速 测 量 装置的可靠性（本 文 从 略）；二 是 在 原 有 过 速 系 统 的 基础上加装纯机械 过 速 保 护 装 置，其 动 作 判 断 环 节 采 用 独 立 的 离 心 飞 摆 ，不 依 赖 永 磁 机 、转 速 继 电 器 等 电气元件。当１１５％ｖｎ 和１５２％ｖｎ 过 速 保 护 因 测 速
试验条件 是：纯 机 械 过 速 保 护 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％，关闭过 速 系 统 事 故 油 源 阀（为 了 防 止 切 换 阀 频繁动作时 事 故 配 压 阀 频 繁 动 作 而 损 伤 过 速 系 统 ）， 阀门１７０，１７１，１７２，１７３全 开（１７０ 为 纯 机 械 过 速 系 统 油 源 总 阀 ，１７１ 为 行 程 阀 油 源 阀 ，１７２ 为 切 换 阀 常 压 腔 供油阀）。纯机械过速切换阀及其管路如图６所示。
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２０１２，３６（２）
２．２ 复 归 原 理 机组 停 机 后，离 心 探 测 器 的 离 心 块 在 弹 簧 力 作
用 下 回 至 初 始 位 置 ，机 械 脱 扣 器 仍 保 持 动 作 后 状 态 。 恢复前应将调速器 紧 急 停 机 电 磁 铁 投 入，关 闭 备 用 油 源 供 油 阀 门 ，切 断 过 速 系 统 压 力 油 源 ，旋 转 机 械 行 程阀复 位，机 械 切 换 阀 复 位 （指 示 杆 伸 出 约 ４～ ５ ｍｍ），恢 复 备 用 油 源 ，机 械 过 速 切 换 阀 在 压 差 作 用 下 阀 芯 恢 复 初 始 位 置 ，纯 机 械 过 速 保 护 系 统 恢 复 。