DEVSSDEVSS离心式机械过速保护装置应用研究

查海涛，杨 斌

（江西省电力公司柘林水电厂，江西九江 332000）

0 引言

柘林水电厂4×45 MW水轮发电机组上世纪七十年代投产，当时安装的调速器，经过两次更新改造，目前运行的是伺服电机式微机调试器。但由于历史原因一直未加装机械过速保护装置和事故配压阀，只在计算机监控系统中设置了机组的“紧急事故停机”流程。按照水电站入网安全性评价和安全标准化的评价标准，这已不能满足机组和电网的安全稳定运行要求，因此有必要对机组的调速系统进行改造，故加装纯机械过速保护装置势在必行。

改造的基本思路是保持电气过速保护动作整定值，选择DEVSS机械过速保护装置和SGP集成事故配压阀，在不对原有调速系统油路作大的变动的前提下，满足在完全没有电源的情况下正常工作，实现事故停机，实现机组过速的双重保护。

1 计算机监控系统过速保护流程的分析

因为没有安装机械过速保护装置和事故配压阀，为了使机组在紧急情况下能安全、正常地停机，特在计算机监控系统中设有机组的“紧急事故停机”流程。流程的启动条件为：当机组转速上升至145%Ne或停机过程中导叶剪断销发生剪断或压油装置油压低于1.60 MPa时，计算机监控系统启动“紧急事故停机”流程，自动完成以下操作：调速器紧急停机电磁阀动作、导叶全关、快速落下工作闸门、断开发电机出口断路器、断开发电机灭磁开关。

水轮发电机组是水力发电厂的主要设备，当机组过速而不能有效保护时，将导致机组发生严重的事故。目前采用电气过速保护装置（即在计算机监控系统中的“紧急事故停机”流程）来完成上述任务。电气测速系统采用以齿盘测频为主、残压测频为辅的互为备用方式。当机组转速持续升高而调速器调速失灵时，转速信号装置发出过速信号，启动“紧急事故停机”流程。但遇到电气过速保护装置因本身电器元件故障而拒动或误动，或遇电厂厂用电因故停电，或遇转速信号装置故障无法发出过速信号，或遇计算机死机，或遇通讯中断等等情况时，就无法形成有效的保护，致使机组飞逸，由此会给电厂和电网带来巨大的损失，后果不堪设想。所以这种有源的保护方式对电气设备可靠性的依赖程度高，在极端情况发生时，还不能保证机组的安全稳定运行。而采用纯机械的过速保护装置可以有效地解决这一问题。

2 DEVSS离心式机械过速保护装置

DEVSS机械过速保护装置是一种离心飞逸式的纯机械液压过速保护器，它由脱扣器、配压阀、离心探测器、安装环及其附件组成。其中脱扣器和配压阀被组装在一起，形成一个整体。这种机械过速保护装置适用于水轮发电机组的转速保护，它可以在完全没有电源的情况下正常工作，使机组在过速的危险状态下实现事故停机。通过纯机械的方式检测机组的转速，当机组转速达到和超过设定的动作转速时，发出保护信号，通过液压放大元件接通相关的油路驱动导水机构实现停机操作，以保证机组的安全。

离心探测器如图1，的核心元件是弹簧和离心块，弹簧由厂家事先根据150%Ne过速动作时的离心力被预压紧。离心探测器通过安装环固定在机组大轴上，并可随机组大轴的转动而旋转。当机组转速达到或超过设定的动作值时，离心探测器的离心块由于离心力大于弹簧的预紧力而向外运动，会产生向外的位移，当这个位移量等于或大于离心探测器和脱扣器摆轮之间的安装间隙时，离心块撞击摆轮，使脱扣器产生脱扣动作。

图1 离心探测器结构

脱扣后在弹簧扭力作用下，在90°之内旋转。转轴发生旋转，带动凸轮产生旋转，从而推动配压阀的活塞杆运动切换油路，脱扣器的动作如图2。

图2 脱扣器动作示意

3 改造方案

3.1 离心探测器和脱扣器的安装

离心探测器和脱扣器的安装位置选择对于机械过速保护装置的正确动作非常关键,需要选择振动、摆动较小的大轴部位固定脱扣器组件。

将离心探测器通过安装环固定在水轮机主轴上，位于机组齿盘测速装置的齿盘正下方，此安装部位可以方便的进行操作且不影响其他部位的工作。同时，脱扣器和机械配压阀通过安装支架固定在机组下机架的下平面上，可以方便的通过螺栓拆卸。这个部位安装、维修、调试均比较方便、安全，如图3所示。

图3 机械过速保护装置安装方式

3.2 液压系统的改造

在调速器主配压阀和接力器之间加装SGP集成事故配压阀，从液压回路上该机械过速保护装置的机械配压阀通过两个液压阀被并联到了电磁配压阀上，无论机械配压阀还是电磁配压阀的动作，都可以使得事故配压阀动作，作用于事故停机，如图4所示。

脱扣器上的微型转换开关接入机组的LCU，作为转速信号用于启动“紧急事故停机”流程并且发出“150%Ne转速动作”信号。

当离心式机械过速保护装置的机械液压脱扣器被离心探测器所触发，其配压阀通过液控阀使事故配压阀动作并截断主配压阀与导叶接力器的油路，并通过事故配压阀使接力器关闭。

当“紧急事故停机”流程启动，开出电磁配压阀动作指令，通过液控阀使事故配压阀动作并截断主配压阀与导叶接力器的油路，并通过事故配压阀使接力器关闭。

图4 改造后的机械过速保护系统液压原理

3.3 计算机监控系统流程修改

在“紧急事故停机”流程的启动条件中新增加：“150%Ne转速动作”信号和“事故配压阀动作”信号。同时新增加当145%Ne转速动作时，事故配压阀的电磁配压阀动作开出命令。

当机组转速上升至145%Ne时，“紧急事故停机”流程启动，调速器紧急停机电磁阀动作、事故配压阀电磁配压阀动作、导叶全关、工作闸门快速落下、发电机出口断路器断开、发电机灭磁开关断开，使机组停机。

当机组转速继续上升至150%Ne时，机械过速保护装置动作，事故配压阀动作，关闭导叶，直接停机。同时启动“紧急事故停机”流程，完成既定操作。即无论调速器紧急停机电磁阀是否动作，只要事故配压阀能正确动作，就能关闭导叶，使机组停机。流程能否启动对停机已无影响，从而最大限度的保护了机组的安全。

4 试验效果

通过机组C级检修，陆续完成了对4台机组的机械过速保护系统的改造，改造后的过速试验记录数据如下：

表1 机组机械过速试验动作值

通过试验数据可以看到，机械过速保护装置试验动作值与整定值之间误差均小于1%。机组LCU断电后试验，机械过速保护装置动作正确。机组LCU上电后试验，机械过速保护装置动作正确，且“紧急事故停机”流程顺利启动。

这种过速保护装置的飞摆通过一个安装抱环固定在水轮机大轴上，以避免对主轴进行加工，同时方便检修。此外，制造工艺也能够保证整定的动作参数在此后多年的时间内不发生偏差。

经过试验反复验证，这种机械过速保护装置动作准确可靠、结构简单、安装方便、维护量少。

5 结论

DEVSS机械过速保护装置能在电气测速系统故障或电源故障或调速器失灵等故障分别或同时发生的情况下，利用油压装置油压迅速的实现水轮发电机组停机，成为机组最后一道可靠的保护屏障，确保水轮发电机组的安全稳定运行。

[1]周泰经，吴应文.水轮机调速器实用技术[D].北京：中国水利出版社.2010.

[2]ALSTOM机械过速保护装置说明书.武汉安施通电气有限公司.

[3]SGP集成事故配压阀说明书.西安江河电站技术开发有限责任公司.