枕头坝一级水电站调速器油压装置打压补油后异响的分析及处理

余建生 李春平

摘要：水轮发电机调速器油压装置的作用为调速器系统提供可靠、稳定、安全的压力油源，以实现水轮发电机组的开停机、频率和负荷调节。针对枕头坝电站调速器油压装置在打压补油停止瞬间异响分析，并提出一套消除异响的实现方案，解决油压装置的异常运行状态，提高油压装置的可靠性和安全性。

关键词：调速器;油压装置;组合阀

引言

枕头坝一级电站共布置4套水轮机调速器油压装置系统，每套油压装置系统由1个工作气罐、1个工作油罐、1个事故油罐、1个回油箱、1个漏油箱、3台压油泵、1个漏油泵、1套压油装置控制系统和相关附属设备组成。压油装置和压油装置控制系统布置在高程601.7m的电气夹层。压油泵工作方式采用间断制，当工作油罐或事故油罐油压下降到6.1MPa时，压油泵启动打油，直到油罐油压上升到额定工作油压6.3MPa停止，压油泵设有软启动装置，避免了油泵处于高压启动，提高了油泵及电机的使用寿命，使电机启动回路可靠、安全，提高了油源的可靠性。

1、枕头坝电站调速器油压装置系统组合阀的结构及工作原理

1.1、组合阀的结构

为保证油泵及系统的可靠性，每台油泵出口装设一台组合阀，该组合阀主要是由单向阀、卸荷阀、安全阀及加载电磁阀等部组成的模块式阀组。

枕头坝油压装置油泵出口使用的阀门为能事达ZHF-80C型组合阀，该组合阀是一种具有卸荷、安全、单向截止等功能的液压装置，它的性能好坏直接影响到整个油压装置的性能，是油压装置中重要的液压元件。

ZHF-80C型组合阀有三个油口，组合阀进油口P，出油口P1和回油口T。P口与油泵的出油口相连，出油口P1与压力油罐进口相连，回油口T1和T2与回油箱相连。

1.2、组合阀的工作原理

ZHF-80C型组合阀包含了单向阀、卸荷阀和安全阀的功能。在先导阀YV1，YV2的控制下，能够使主阀CV1完成开启和关闭的动作;作用而保持关CV2为单向阀，在停泵状态下由于弹簧力的作用而保持关闭。

由于大功率螺杆泵的电动机惯量大，所以从启动到稳定状态需要一定的时间，如果在螺杆泵达到额定流量之前就带上负载，则会对螺杆泵、电机十分不利。采用卸荷阀可以使螺杆泵启动时处于卸荷状态，待电动机转速达到一定值后，才停止卸荷，使螺杆泵输出额定工作压力和流量的压力给压力油罐。

卸荷阀工况由卸荷先导控制阀YV1与主阀CV1组合完成。

如液压控制原理图所示，油泵启动时，由于油罐中压力P1和弹簧力的作用，单向阀CV2处于关闭状态。卸荷先导控制阀YV1断电，主阀CV1控制腔的压力油通过YV1排掉，主阀CV1阀芯打开，油泵压力油流过CV1主油口回到油箱，系统处于卸荷状态。当油泵启动5-10秒后，YV1电磁铁得电，换向阀换向，CV1控制腔建立压力，是CV1阀芯关闭。从而P口压力逐渐上升，当高于P1压力时，顶开单向阀CV2向压力罐供油。停泵时，油泵先停止，延时1-2秒后，卸荷先导控制阀YV1再恢复初始断电状态，使单向阀关闭，系统处于卸荷状态。

1.3、组合阀动作受力分析

单向阀阀芯和主阀阀芯内部均掏空，分别形成腔体A、B，因腔体内底部面积较腔体外面积小，在相同压力油的作用下，阀芯将向上或向左移动，故在腔体内装设具有一定压紧行程的弹簧，单向阀通过进油油压将阀芯顶开，主阀阀芯的开关通过卸荷先导电磁阀和安全先导控制阀控制。

①当卸荷先导电磁阀未动作或安全先导控制阀动作时，B腔与回油连通，阀芯仅靠阀芯内弹簧的作用力压紧关闭，在油泵打压时，此时油压P形成对主阀阀芯底部D的压力为（），压力油推动主阀阀芯向左移动，使得压力油沿流进回油箱，卸载压力油;

②当卸荷先导电磁阀动作且安全先导控制阀未动作时，主阀阀芯B腔与回油箱油路断开与进油口P连通，此时作用在阀芯B腔底部的作用力有两个，弹簧的压紧力和油压P在腔体内部的压力，作用在主阀阀芯底部D的压力为，因B腔与进油口P压力相同，而D的面积大于B腔底部面积，故;但在B腔上还有弹簧的压紧力的作用，使得，从而主阀始终保持关闭状态。

主阀在关闭状态，油泵运行将使组合阀阀体内油压迅速增加，压力油在单向阀阀芯底部产生一个为的力，而当时（为压油罐油压对单向阀A腔的压力，为单向阀阀芯内弹簧），单向阀被顶开，油泵将压力油输送至压油罐内。

1.4组合阀运行状态

油泵在组合阀的作用下打压过程中分为三种状态

卸载状态：卸荷阀打开油泵输出的油液流回回油箱的过程。

加载状态：卸荷阀和单向阀均关闭油泵输出的油液在阀体内迅速产生压力的过程。

负载状态：卸荷阀关闭而单向阀被压力油顶开油液流进压力容器的过程。

组合阀压力油由P口流进P1口流出，进入压力油罐中。油泵电机配置有施耐德ATS48C32Q型软启动器，电机运行稳定后，卸荷先导电磁阀未动作，此时压力油由P口进入，由流出回到回油箱，油泵进入卸载状态;待油泵运行稳定后，卸荷先导电磁阀动作，卸荷阀关闭，此时油泵进入加载状态，油泵输出的油液迅速升高压力;当油泵输出的油液压力足以顶开单向阀后，油泵进入负载状态，此时油泵开始将回油箱油液送至压力油罐中;当油位或油压到达额定后停止补油。

2、枕头坝油压装置补油完成停止瞬间异响的分析

因在油压装置补油完成停止瞬间卸荷先导电磁阀关闭，单向阀在弹簧的作用下立即复位，同时压油泵在卸荷先导电磁阀关闭时停机，使得组合阀内部油压由补油油压（6.3MPa）立即降低为0，使得單向截止阀内腔A与主阀外部产生极大压差（6.3MPa），主阀以极快的速度和极大的冲击力关闭，单向阀阀芯撞击阀体发出异响，同时造成组合阀异常振动;因单向阀关闭过快，使得油回路管路中产生一个较大油锤，冲击油管路，造成油管路振动等现象。

单向阀的撞击和油回路中的油锤对组合阀和油管路造成较大伤害，易破坏组合阀和油管路，使得压力油罐内部高压油渗漏，甚至因管路或组合阀损坏会造成大量喷油漏油现象，导致机组调速器失控机组事故停机，损害设备。

3、枕头坝油压装置补油完成停止瞬间异响处理办法

因停泵時压油泵出口压力瞬间泄压，导致组合阀内单向阀关闭过快，造成阀体冲击和管路振动等现象，故减缓单向阀关闭速度，即可避免停泵时组合阀异响的问题。

通过增加压油泵出口泄压时间，来实降低现组合阀关闭速度，枕头坝电站油压装置油泵电机配置的施耐德ATS48C32Q型软启动器具备软停功能，通过软停的方式即可实现降低单向阀关闭速度的目的。

施耐德ATS48C32Q型软启动器通过设置减速斜坡时间和减速过程结束时变为自由停车的阀值，可对油泵电机进行软停控制设置，减速斜坡时间有如下关系：

其中dEC为减速斜坡时间，dEC可通过人为设定，枕头坝电厂经过试验将该值设置为3S。

减速过程结束时变为自由停车的阀值由如下关系：

其中EdC为减速过程结束时变为自由停车的阀值，EdC可通过人为设定，枕头坝电站采用的装置默认值20%。

通过dEC和EdC的关系曲线可以看出，软启动器会在3S的时间内将电机力矩油100%下降至0，但因EdC的控制，使得软启动器在电机力矩降低至20%额定力矩时转变为自由停车方式，即2.4S时转换为自由停车，此时电机的力矩就降低为0。

仅通过软启软停的方式无法实现减小组合阀阀体内压力下降过快现象，因若停泵时组合阀卸载电磁阀复归，此时阀体内压力瞬间将6.3MPa压力降低至大气压，组合阀内单向阀关闭仍会快速关闭，故还需要延长卸载电磁阀复归时间，方可减缓组合阀单向阀关闭速度。

通过试验，将枕头坝电站组合阀卸载电磁阀复归时间设定为2S，即可减缓减缓组合阀单向阀关闭速度，解决油压装置补油完成停止瞬间异响的现象。

结论

上述分析了枕头坝电站使用的ZHF-80C型组合阀在油泵打压停止时异响的原因和相关处理办法。该型号组合阀在停泵时因泵体内油压下降过快，导致组合阀阀芯撞击阀体造成较大异响，降低阀体内部油压下降速度即可以消除异响。本方法需配合具备软停功能的软启动器实现，设置合适的软停时间和组合阀卸载电磁阀复归时间即可消除异响。

参考文献

[1]能事达ZHF-80C型组合阀用户手册。

[2]施耐德ATS48软起动器编程手册 。

[3]范华秀主编：水力机组辅助设备，水力电力出版社，1987年。

作者简介：

余建生（1992年2月生），现就职于国电大渡河枕头坝发电有限公司，男，四川达州人，大学本科学历，助理工程师，现主要从事于国电大渡河公司水电的开发生产工作。