水轮发电机组调速油管路水击的产生、防范与处理

黄奎，孟周银，叶文波

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

0 引言

葛洲坝电站投运于20世纪80年代，其中二江电厂共有7台水轮发电机组，其中#3～#7为哈尔滨电机厂(以下简称哈电)生产的机组。2016年5月，#5机组水轮机和发电机改造增容完成，在蜗壳无水条件下进行改造后的低油压试验，事故油源与差动阀之间的事故油源油管、差动阀与事故配压阀之间的事故配压阀控制的油源油管发生水击现象。

水击是在有压管道中，液体流速发生急剧变化所引起的压强大幅度波动的现象。水击的发生一方面对管路、阀门、法兰及密封直接造成冲击，另一方面可能引起共振造成事故扩大［1］。结合其他类型机组的检修经验，对#5机组调速油管路水击现象产生的原因进行分析，并提出防范水击产生的方法以及水击发生时现场处理措施。

1 电站参数与管路布局

葛洲坝电站#5机组采用WBST－150型微机式步进电机双调节调速器，即由导叶和轮叶共同调节流量。

1．1 调速系统布局

如图1所示，调速器的导叶关腔油路从压力油罐、主配压阀、事故配压阀到接力器关腔，导叶开腔油路从接力器开腔、分段关闭阀、事故配压阀、主配压阀到集油槽。在正常开关机的过程中，事故配压阀相当于一个通路，不对油路产生任何影响。在事故停机或者低油压停机过程中，油阀或差动阀动作，事故配压阀动作，接力器关腔通压力油，开腔通回油，导叶快速关闭。

1．2 低油压动作原理

事故低油压是由于压油泵故障或者其他原因导致主压力油罐压力降低到事故低油压动作压力时，从事故油罐取油源使事故配压阀动作，从而快速关闭导叶，达到防止机组飞逸的目的。葛洲坝电站#5机组通过差动阀状态的改变来实现低油压的动作。

图1 葛洲坝电站#5机组调速系统示意Fig．1 Speed control system of No．5 unit in Gezhouba Power Station

2 水击现象

与差动阀连接的主管路和阀门布置如图2所示。

图2 差动阀管路布置示意Fig．2 Schematic arrangement of the differential valve piping

2016年5月，#5机组水轮机和发电机改造、回装完成后，在蜗壳无水条件下进行改造后低油压试验，事故油源与差动阀之间的事故油源油管(图2中截止阀5所在管路)、差动阀与事故配压阀之间的事故配压阀控制油源油管(图2中截止阀4所在管路)发生水击现象，油液在管道中来回窜动、发出剧烈声响，管道发生强烈共振。

3 水击产生的原因

针对此次水击现象，结合其他类型机组试验中的经验，本文对调速油管路水击产生的原因进行分析。

3．1 管道中的空气

#5机组在回装前，调速系统管道进行过清洗。由于管道阀门布置等原因，充油后管道中会不可避免地留存有空气。在升压至0．5 MPa左右时，通过缓慢操作导叶和轮叶使其开、关3～5次，可排出管道内的空气。但是无论如何调节导叶或者轮叶，油罐到事故配压阀之间的管道不在操作油路上，因此不能排出该段油路中残余的空气。当管道中存在空气，动作压力较高，阀芯快速动作时，空气在被油液压缩后易推动油液在管道中来回振荡，发生水击，严重时将与管道发生共振。

当管道如图3管路1所示呈U形布置时，阀门在自重状态下处于关闭状态，在调速管路充油的过程中阀门侧容易残存空气。

图3 管道布置示意Fig．3 Schematic layout of the pipeline

3．2 紧急停机

在导叶全关时，接力器活塞与端盖、控制环与限位块顶死(不同机组的限位方式不同)。此时如果发生紧急关机或者事故停机，阀芯快速动作产生冲击油压，当高压油液到达接力器关腔时，会由于没有缓冲对接力器造成冲击，严重的会引起水击和共振。

3．3 调速系统进气

当集油槽油位低于压油泵进口管路管口或者压力油罐油位低于主供油管路管口，会造成调速系统进气，使部分或者整个管路产生水击，甚至产生严重共振，破坏整个调速系统管路。

4 防范水击产生的措施

针对以上水击产生的原因，本文给出以下几种防范措施［2－3］。

4．1 升压时尽可能排尽管内空气

可以通过以下3种措施，尽可能排尽管内的空气:(1)对于主配压阀控制导叶和轮叶正常开关的油路，可以在升压过程中通过多次缓慢开关导叶或者轮叶排出管路中残余的空气;(2)升压时微开主供油阀，使系统随压力油罐一起升压;(3)如果由于管路布置等原因导致管路中残留有空气，可以在较低油压时，使事故配压阀动作，并配合防止系统进气的操作以排除管路中残留的空气。

4．2 采用合理的管路布置方式

采用合理的管路布置方式，可以尽可能排尽管道内的空气:(1)采用图3管路2的布置方式，由于油重气轻，气体会在充油的过程中往上走继而被排出;(2)在紧挨着阀门的上游管路最高点增加放气阀，当空气淤积时可手动排除管路的空气。

4．3 避免在全关位置紧急关机

在试验时，如果主配压阀紧急关机或者事故配压阀动作，应注意检查导叶是否处于全关状态。如果全关，应先将导叶开启一个小角度(如10%)。对于轮叶的操作亦如此。

4．4 防止系统进气

定期校验集油槽和压力油罐油位计、压油泵效率、启停压力。无论在试验过程中还是在机组正常运行时，应监视油位是否正常，防止系统进气，避免产生水击。特别是在紧急开关机过程中，应专人监视压力油罐油位，防止系统进气。

5 水击产生后处理措施

当水击产生后，可以通过以下几种措施，消除或者减小水击的影响。

5．1 关上游阀门

当调速管路局部产生水击现象甚至共振时，应首先关闭水击管路上游侧的阀门，防止共振范围扩大，影响整个机组甚至其他机组。葛洲坝电站#5，#6，#7机组共用一个压力油罐，若#5机组发生水击时应立即关闭#5机至事故油罐的阀门，防止因此影响到#6，#7正常运行的机组。

5．2 开关中间阀门

葛洲坝电站二江电厂哈电机组在事故油源与差动阀之间的事故油源油管上设置有1个手动阀门，当水击发生时，油液在管路中振荡，管道共振越来越严重时，通过反复开关该阀门，可打破油液在管路中有规律地振荡，从而达到减小振荡、消除共振的目的。

5．3 对于设有排气阀的管路排除空气

当振荡基本消失，关闭上游阀门，管道中油压泄到安全压力时，对于设有排气阀的管路，可以通过排气阀排除空气，以防止水击再次产生。

6 结论

在导轮叶紧急开关机试验、事故停机试验、低油压试验、过速停机试验等机组大修后必须进行的试验项目中，都涉及阀芯快速动作，存在产生水击的风险。水击发生后，一方面对管路、阀门、法兰及密封直接造成冲击，另一方面可能引起共振造成事故扩大。因而，新电站在设计和施工时，应该考虑如何让充油时管道中不淤积空气;检修人员在进行试验时，应该通过合理操作、防范水击的产生;水击或者共振发生后，应处理得当，防止事故的扩大，并消除有规律的振荡。