环腔控制型插装式事故配压阀的应用研究

2020-08-04王伟，王鑫

水电站机电技术 2020年7期

王伟，王鑫

（中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北宜昌443000）

0 引言

随着水力发电行业的飞速发展，水电在整个电力系统中的作用越来越重要，直接影响到电网的安全稳定运行。为保证水电站的安全运行，巨型水轮发电机组进水口设置有事故快速门。当机组发生机械过速时，快速门可以动水关闭，快速切断水流保护机组设备。但由于事故状态下动水落门时引水部件的瞬时水流惯性力矩较大，水锤现象会导致引水系统甚至整个厂房出现强烈振动[1]。

事故配压阀是布置在调速器主配压阀和导叶接力器之间，当机组转速过高、调速器主配压阀拒动时，或当机组转速上升至机械过速保护装置动作值时，紧急关闭导水机构，切断水流。这样可减少快速门的动作次数，为水轮发电机组提供安全可靠的保护。

1 事故配压阀结构

传统的事故配压阀均为滑阀式结构，如图1所示。长期不动作容易发生液压卡阻致使滑塞动作失灵，而且对滑塞、衬套的同轴度、椭圆度、配合间隙等加工精度要求很高，而不可避免的间隙渗油又影响调速器的零点漂移，不适合巨型水轮发电机组对调速性能的要求。

相比之下，插装式事故配压阀结构（如图2所示），具有动作灵敏、可靠性高并且结构简单、内泄漏量小等独特优势，已在巨型水轮发电机组中得到比较广泛的应用。

图1 滑阀式事故配压阀结构图

图2 插装式事故配压阀结构图

2 标准插装阀工作原理及特点

标准的插装阀由控制盖板、插装主阀（包括阀套、弹簧、阀芯及密封件）、插装块体等组成。主阀采用插装式的连接，阀芯多采用锥面密封。

图3 插装阀结构及图形符号

如图3所示，A、B是分别与主油路相连的油腔，C是控制油腔。

当pa Aa+pb Ab＞pc Ac+F3时，阀芯 4开启，使油腔A、B 接通；反之，当pa Aa+pb Ab＜pc Ac+F3时，阀芯 4关闭，截断油腔A、B的油路。

其中pa、pb、pc为油腔 A、B、C 的油压；Aa、Ab、Ac为油腔A、B、C的有效承压面积；F3为弹簧3的作用力。

标准的插装阀不仅能满足常用液压控制阀的各种动作要求，而且在同等控制功率情况下，与普通液压阀相比，具有功率损失小、动作速度快和易于集成等优点，特别适用于高压、大流量液压系统的调节和控制。

其不足之处在于，该插装阀只能工作在全开或全关位置，即运行于大流量工况。若在小开度、小流量工况运行时则插装阀芯容易产生振荡，甚致自行启、闭。所以标准插装式的事故配压阀无法保证巨型水轮发电机组在事故停机导叶分段关闭或调速器自动微调负荷时小波动的稳定性。

3 环腔控制型插装式事故配压阀的优点

环腔控制型插装阀是在标准的插装阀芯外周增加了一个环形腔（如图4），其中控制腔1为标准插装阀的控制腔；控制腔2为环形控制腔。当插装阀阀芯开启时（含半开或微开），此环形腔会自动接通压力油，确保阀芯开口固定不变；当插装阀关闭时，此环形腔自动接通排油。

环腔控制型插装式事故配压阀杜绝了阀芯部份开启时引起的不稳定工况，无论是大流量或小流量，该事故配压阀都能保证插装阀芯的位置固定不变。其结构如图5所示。

图4 环腔控制型插装阀结构图

图5 环腔控制型插装式事故配压阀结构图

该环腔控制型插装式事故配压阀已在多座大型水电厂的巨型水轮发电机组中配套投入运行，且运行情况良好。图6为某巨型水轮发电机组机械过速试验时导水机构的动作曲线，可见事故配压阀动作后，活动导叶关闭过程迅速平稳，没有产生任何波动，尤其在分段关闭的最后阶段，更是保持了很好的动作稳定性，满足了液压调速系统的控制要求。