乌弄龙电站分段关闭动作时滞的分析与改进

2020-05-12祁英明

水电站机电技术 2020年4期

赵勇，许栋，朱祥，祁英明，张晗，兰宇

（1.南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏南京211106；2.华能澜沧江乌弄龙里底工程建设管理局，云南昆明671500）

0 引言

在水电站的工程实际中，由于其水工结构、引水管道、机组转动惯量等因素的影响，经过调节保证计算，要求调速器的接力器在紧急关闭时具有导叶分段（一般为2段）关闭特性，即在导叶紧急关闭过程中，要求按照拐点区分成关闭速度不同的2段（或多段）关闭特性，如图1所示，导叶分段关闭装置就是实现这种关闭特性的装置[1-6]。

图1 分段机理

纯机械式分段，无需电源，由于必须利用凸轮或楔形板使接力器在运动时控制切换阀换位，机械系统复杂，有的电站在布置上也有一定的困难。图2为机械式分段系统。纯电气式分段布置方便，但须十分重视其控制电源和控制回路的可靠性，一般应采用两段厂用电直流电源对切换电磁阀回路供电。如果电站有事故配压阀，分段应该安装在事故配压阀与接力器之间的油路中。值得注意的是，在接力器位移凸轮机构/控制阀和分段关闭阀的布置上，一定要使二者尽可能靠近安装，以减小油管路长度，减少动作延迟。图3为纯电气式分段关闭装置液压原理，其中，滑阀式分段关闭阀V2，即分段母体，其三维结构如图4所示，纯电气式依靠侧端盖上的电磁换向阀V1实现控制油路切换，纯机械式或者电气+机械组合式则在侧端盖上采用液控换向阀实现控制油路切换[7-8]。

图2 接力器机械式导叶分段系统

1 工程概述

乌弄龙4号机在做完静态试验之后，发现原先满足要求的拐点滞后约10%的开度。从分段Ⅱ动作到上一层分段Ⅰ侧液控阀失压、分段Ⅰ本体滑阀动作截流，这一过程存在着约1s 的延时，该延时直接造成了相应拐点的滞后，按照一段关机约10%/s的速度，曲线拐点就下移了10%的开度。

图3 纯电气式分段关闭装置原理

测试发现：分段Ⅱ单独投电气分段情况下，设定拐点值为51%，10次试验实测平均差值为9.94%，平均拐点为41.06%；分段Ⅱ单独投机械分段情况下，设定拐点值为71%，10次试验实测平均差值为11.84%，平均拐点为59.16%。调保计算要求关机拐点应为51.3%，现场将电气分段动作点提前9.94%，修正设定值为61%，实际关机拐点51.7%，满足要求；同时将机械分段动作点提前11.84%，修正设定值为62%，实际关机拐点50.27%，基本满足要求。表1记录多次试验导叶关闭实际拐点位置。

图4 滑阀式分段关闭阀三维结构

表1 多次试验导叶关闭实际拐点位置

由于现场工期紧张，无法等到隔夜再次检验，现场最终取消分段Ⅱ，沿用1～3号机相对稳妥的方式，即，将电磁阀直接装到分段Ⅰ本体，代替液控切换，保证无延时。

2分段延迟动作分析

（1）因素一：回油不畅

提供的原始液压系统图中，分段Ⅱ的回油是单独配送，与分段Ⅰ合并连到回油箱。但现场安装采取将分段Ⅱ的回油与锁定还有飞摆的回油三处整合一起送中间层与分段Ⅰ、事故配压阀的回油再合并接连到回油箱。之后提供的更改液压系统图中，分段Ⅱ的回油也是单独配送，与分段Ⅰ合并连到回油箱。但4号机现场安装仍采取之前配管方式，将分段Ⅱ的回油与锁定还有飞摆的回油三处整合一起送中间层与分段Ⅰ、事故配压阀的回油再合并接连到回油箱。

水机室内的回油配管方式是将分段Ⅱ的回油与锁定和飞摆的回油合归一处（“麻花状”）的方式，存在着回油不畅的问题。同时，1～4号机不仅都存在着分段动作延迟的共性问题，而且都存在着事故动作和飞摆过速动作延迟1～2s 的共性问题，其通病跟此处联结的回油不畅有一定关系。

（2）因素二：液控管路细长弯折

乌弄龙工程1～4号机液控管路均采用DN15的细管子，从水机室分段Ⅱ到中间层的分段Ⅰ，液控管长度约有40m，且有10处弯折。管路细长弯折的结构特点对液压信号传递的及时性有着一定影响。

（3）因素三：管内残余空气未排尽

现场4号机投运过程中，为了排除管路的空气，通过拧开水机室分段Ⅱ集成块回油口，多次手动投退机械与电气分段，手动投持续的时间每次约为15s，释放了约20L 油，恢复后当时延迟问题基本得到解决。之后也投过事故配压阀与飞摆，未见明显延迟。这种排气方式存在不足，无法确保管路中残余空气全部排出，宜采取低压下将中间层分段Ⅰ液控口拧开泄油排气，该种排气方式效果更佳。

3 改进方案

基于“保证回油畅通”思想和“缩短控制被控对象距离”的思想，提出以下4种改进方案，供参考选择。

（1）改进方案一思路：将原分段Ⅱ改为分段2+分段3，即，将电气与机械分开，重新制作块子。

现场安装要求：分段2紧挨分段Ⅰ，缩短电气分段与分段Ⅰ间的液控管长度、并就近回油箱配接回油（与分段Ⅰ的回油合并送到一旁的回油箱），可以首先充分保证电气动作无延时；另外，分段3装于接力器旁、单独配接回油（可与分段1分段2的回油合并）送回油箱，保证机械分段回油畅通（图5）。

图5 改进方案一原理

（2）改进方案二思路：与方案一略有不同，针对分段3单独配接回油（可与接力器漏油管合并）送至漏油箱，从而充分保证机械分段回油畅通（图6）。

图6 改进方案二原理

（3）改进方案三思路：下移分段Ⅰ至水机室外的墙上，如此分段Ⅰ与分段Ⅱ同层布置，缩短了液控管路的长度，由原来的近40m 缩减为机坑至墙外的约10m 多。此外，分段Ⅱ的回油管单独配送上去（现场是与锁定、飞摆的回油合并送上去），并与分段Ⅰ的回油合并去向回油箱（图7）。

图7 改进方案三原理

（4）改进方案四思路：在方案三的基础上，针对分段Ⅱ的回油单独配管，连同接力器的漏油共同送至漏油箱，保证回油顺畅。（图8）

图8 改进方案四原理

综合4种方案现场改造的工程量来看，建议优先考虑方案四，其次为方案二。原因为：机坑内分段集成块的回油最好接引到漏油箱，因为首先漏油箱容量足够（约0.8m3）机组正常开起来带负荷在拐点以下的概率不是很高（主要是关机），且分段每次动作流入漏油箱的油量小于1L；回油箱预开的辅助油口不够用，不便单独一根连回油箱；分段Ⅰ下移到水机室外，直接缩减了控制被控对象距离。如若原分段Ⅱ一分为二，可将单独的电气集成块安装在中间层分段Ⅰ本体附近缩短液控距离，回油管就近连回油箱；此时，单独的机械分段集成块安装在水机室，单独配接回油管送至漏油箱，且确保低压充油时将液控阀接口拧开排尽管路中的空气（建议在分段Ⅰ液控接口前安装一支管带阀门，便于排油排气），从而保证机械动作至分段Ⅰ动作过程无延迟。