水轮发电机组过速保护装置分析

张萌

【摘 要】如果水轮发电机组因为突发事故的影响导致停机且水轮机的调速器无效，导叶片无法关闭，那么就可能会出现水轮发电机组的转速明显上升，达到飞逸转速的范围。为了能够实现对机组出现过速情况的限制，增加相关的限速装置，一旦水轮机调速器无效后，必须对导叶进行关闭操作。文章对水轮发电机组过速保护装置进行了分析。

【关键词】水轮发电机组；过速保护；装置分析；

概述

目前，水轮发电机组大都采用离心式纯机械过速保护装置，该装置液压控制油路接通事故配压阀、贯流式机组用的重锤关闭装置、机组进水球阀、蝶阀控制装置、大型机组圆筒阀控制装置以及机组工作门控制装置等。离心式纯机械过速保护装置由离心飞摆、脱扣器液压阀、安装环及配重块等部件组成，飞摆和安装环一般安装在水轮机大轴或发电机下端的轴上。当机组转速达到离心飞摆整定值时，离心飞摆柱塞被甩出，触发脱扣器液压阀动作，输出油路切换，从而使事故配压阀动作，关闭导叶接力器，实现机组停机。

一、机械过速保护装置原理

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、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。

二、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。

三、机组过速限制装置维护

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。

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。

四、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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（作者单位：新疆伊犁河流域开发建设管理局伊河电力有限责任公司）