FC型主配压阀在若水电站的改造与应用

杨建伟，廖润，邵建林

（雅砻江流域水电开发有限公司二滩水力发电厂，四川攀枝花617000）



FC型主配压阀在若水电站的改造与应用

杨建伟，廖润，邵建林

（雅砻江流域水电开发有限公司二滩水力发电厂，四川攀枝花617000）

近年来，美国GE公司生产的FC型主配压阀在大型及特大型机组调速器中广泛应用。为满足若水电站的设计要求，我们结合FC型主配压阀的结构特点，对分段关闭装置进行改造，以增加纯手动操作和自复中功能。其理念与方法可供其他电站引用参考。

FC型主配压阀；分段关闭；手动操作；自复中功能

0　引言

若水电站位于四川省攀枝花市，为雅砻江流域最末一个梯级电站，共装设四台单机容量150MW的轴流转浆式机组。若水电站属于担负调峰任务的大型电站，机组启停及负荷的调整比较频繁，对调速器性能要求非常高。为提高系统稳定性，设计采用进口主配压阀。

发达国家的电网较大，自动化水平和设备可靠性高，调速器故障率低，而且即便出现故障，也可立即停机，因此并未设计纯手动操作及断电自复中功能。而我国电力系统要求调速器必须具有纯手动操作功能，并且在出现故障或电源消失时调速器能保持断电前的状态，并维持开度和功率不变。因此我们需要在保留FC阀制造精度的前提下，对主配压阀适当改造并增加必要的部件，以保证FC阀能满足国内电站要求。

图1　导叶主配结构原理

1　FC阀结构介绍

1.1FC阀结构

轴流转浆式机组有两套主配压阀，而本次的改造仅仅针对导叶主配压阀。若水电站调速器导叶主配压阀型号为FC20000，阀芯直径为250mm。导叶主配的具体结构如图1所示。

通过图1我们可以看出，FC型主配压阀实际是一个三位四通两端液控的换向阀。其控制原理在于：两个液控端液控面积不一样，一面大一面小。小的一面称为恒压端，在正常工作时，只要主配压阀辅助控制油路阀门打开，恒压端就通有压力油；大的一面称为控制端，其压力油来自主配压阀的先导控制部分。当控制端通压力油，由于受力面积大，主配向左移动，接力器往开机方向；当控制端通回油，在恒压端压力油作用下，主配阀芯向右移动，接力器往关机方向。

恒压端有六角螺栓用于调整开机时间，当螺杆往外拧，阀芯往左位移极限越大，主操作油过流量越大，开机越快；控制端组件中有关机时间调整机构，外侧螺杆往外旋越多，阀芯往右位移极限越大，主操作油过流量越大，关机越快；反之，减小开关机时间。FC阀分段关闭装置也在控制端，当机组关闭过程中到达拐点时，分段关闭装置的压力油投入，此时阀芯在右端的极限位置缩小，主操作油过流量减小，关机速度变慢。

FC阀的主要优点在于采用独特的水平布置，阀芯具有较快速的响应性能；其次配压阀的遮程非常小，一般小于0.2 mm，具有很高的控制精度，另外阀套上设计有工字型开口及不同数量的圆孔（与流量相匹配），阀具有很高的线性度；整个阀体采用了铸造结构，具有非常平滑的液压油流道，大大降低了动态调节过程中的液压冲击。而且阀体自带分段关闭装置，控制方式简单，结构紧凑。

1.2FC阀分段关闭改造

FC阀为美国GE公司设计生产，主要面对国外市场，而国外电网与国内又有所不同，FC阀并没有针对国内要求设计断电自复中机构；另外手动控制时也不能采用纯液压方式，需要有可靠的电气闭环手动控制单元。为了更好发挥FC阀的功能，我们根据国内实际情况，将分段关闭装置适当改造。

原理很简单，就是将恒压端组件的内侧螺栓向内旋，使得分段关闭装置可以将主配阀芯顶到中间位，这样当分段关闭装置通压力油的时候，阀芯就会回到中间位置，从而实现定中的作用，根据其作用的改变，我们将此装置重新命名为定中缸。定中缸的重新设计使得自复中和纯手动操作功能得以实现，具体工作原理在第二节会详细介绍。而阀体本身自带的分段关闭作用将通过外接分段关闭装置来实现，具体工作原理见第三节。

图2　导叶控制原理

2　若水电站导叶液压控制系统

从图2我们可以看出，若水电站的调速器导叶液压控制系统包括两个伺服比例阀SV1、SV2，切换阀EV1(切换伺服比例阀)，手动增减辅助阀EV2，掉电自复中切换阀EV3（同时也是手动增减辅助阀），手动增加阀EV4，手动减少阀EV5，紧急停机阀EV6、HV及主配压阀FC20000。

2.1基本控制原理

1）正常情况下，微机通过伺服比例阀SV1控制主配FC来控制接力器的开关状态。

2）若伺服比例阀SV1故障，微机自动控制EV1切换到a端工作，伺服比例阀SV2工作，正常操作导叶接力器。

3）系统具有紧急停机阀，当操作紧急停机按钮，电磁阀EV6工作于a端，主配压阀控制腔直接通回油，定中缸控制腔也通回油，由于主配左腔恒压腔一直通压力油，导叶往关方向运动，实现紧急停机。

2.2自复中说明

掉电自复中功能是通过切换阀EV3来控制的，EV3为两位三通单线圈电磁换向阀，系统正常工作时，电磁线圈常带电，EV3工作于a端，定中缸DZ的控制腔通回油，自复中功能未投入；当系统掉电的情况下，EV3电磁线圈失电，在弹簧力作用下，EV3切换到b端工作，定中缸DZ控制腔通压力油，使主配阀芯保持在中间位置，接力器保持在掉电前的位置，实现了掉电自复中功能。

2.3纯手动控制说明

在自动控制环节还没有完善或自动失灵的情况下，如果需要动作接力器，则可以通过手动回路来实现。手动控制功能，由手动增减辅助阀EV2、EV3，手动增加阀EV4，手动减少阀EV5组成。液压调节柜切手动后，手动增减辅助阀EV3换向，定中缸DZ的控制腔为压力油，使主配处于中间位置。然后，手动增减辅助阀EV2换向，主配压阀FC控制腔通回油。操作手动增加阀EV4，控制腔通压力油，主配往开方向动作，接力器开启；操作手动减少阀EV5，定中缸DZ的控制腔为回油，主配往关方向动作，接力器关闭。

3　分段关闭装置

若水电站加装的分段关闭装置主要包括：分段关闭装置本体、分段关闭液压集成块、分段关闭楔形板。其中，分段关闭装置本体串联安装于接力器开操作油管上，分段关闭液压集成块安装于接力器旁，分段关闭楔形板安装在接力器活塞杆上，与活塞杆随动。分段关闭装置采用电气与机械双冗余的拐点判断方式。

3.1分段关闭装置本体

分段关闭装置本体由插装阀C5、C6、液控换向阀V3及电磁换向阀V2组成，具体如图3所示：

图3　分段关闭装置本体

V3的液控端接受来自电磁换向阀V2、分段关闭装置液压集成块的拐点位置液压信号，当液控阀V3的液控端接通回油时，分段关闭装置投入，当液控阀V3的液控端接通压力油时，分段关闭装置退出。

压力继电器KD可用于分段关闭装置动作时的报警。

分段关闭装置退出时：插装阀C5和C6的控制端均通回油，C5、C6阀芯打开，接力器在开机和关机过程中，油路均不受插装阀节流，接力器关闭速率不受影响。

分段关闭装置投入时：插装阀C5控制端通压力油，C5关闭，插装阀C6的控制端通回油，C6打开。关机过程中，油路只能通过插装阀C6回到回油箱，可以调节插装阀C6的阀芯开口大小来调节接力器关闭速率。

这里有一点需要注意，分段关闭的辅助油路取自关操作油管，而并非直接来自压力罐的辅助操作油路，这是因为曾经有电站出现以下情况，由于调保计算巧合，空载开度正好在分段关闭拐点上，机械拐点无法识别是开机过程还是关机过程，处于拐点范围内即触发，所以开机过程空载状态不稳定，一会儿快一会儿慢。针对这一情况，我们若水电站调速器分段关闭装置设计中，将分段关闭装置辅助压力油（C5液控端压力油源）取自关腔主操作油管（管路在关机过程通压力油，开机过程通回油），让分段关闭装置只在关机过程作用，不影响开机过程。

3.2分段关闭拐点判断

电气判断：当接力器关闭至拐点位置时，电气控制柜开出信号动作电磁阀V2（图3中的V2），V2换向使得去分段关闭装置本体的液压信号由压力油变为回油，分段关闭装置投入。

机械判断：当接力器关闭至拐点位置时，安装于接力器活塞杆上的楔形块碰触行程换向阀V1，使得去分段关闭装置本体的液压信号由压力油变为回油，分段关闭装置投入。分段关闭液压阀集成块如图4所示：

图4　分段关闭液压阀集成块

4　结语

通过FC阀在若水电站的应用，我们发现，将分段关闭装置调整为定中缸可以使FC阀具备断电自复中和纯手动操作功能，但是为保证分段关闭功能我们需要在油路上另外装设分段关闭装置。通过这样的改动，我们可以在保留进口阀组优点的前期下，使之更符合国内电站的设计要求。2015年3月若水电站首台机组试运行情况良好，调速系统性能优良，充分证明我们的改造是成功的。此次FC阀的改造方案可供其他电站设计及运行人员参考。

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TV734.4

B

1672-5387（2016）02-0017-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.006

2015-04-18

杨建伟（1992-），男，助理工程师，主要从事水轮发电机调速器的设计与检修工作。