锦屏一级电站分段关闭装置延时问题的改进方案

李 伟

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

1 概述

锦屏一级水电站设计时，由于其受到水工结构、供水引水管道、机组旋转惯量等环境因素的影响,须进行调节保证计算,要求当调速器关闭时应具备分段关闭的特性。即在对导叶进行分段关闭的过程中, 要求按拐点区分关闭速度不同的时段关闭特性，而导叶分段关闭装置正是实现了这种特征。

锦屏一级水电站采用SFD事故配压分段关闭装置，该设备特点为：

（1）将传统过速限制器分段关闭阀集成于一体，设备体积小、重量轻。

（2）采用液压缓冲装置，安全可靠，无噪音，坚固耐用。

（3）电磁配压阀、节流装置等阀门上的所有元件均采用板式插装连接，密封性好，维护调试便利。

2 工作原理

事故分压段关闭装置图1中，管1连接压力油，管3连接事故分压阀的先导两位三通电磁阀工作腔。

水轮发电机组正常运行时，管3通过两位三通电磁阀接压力油，阀芯2在差压作用下处于上位；管道5和管道6连接两个关闭阀导向换向阀的工作腔，活塞4在两个关闭阀导向换向阀的压差作用下位于上位。机组运行工况的调整通过调速器主配阀操作接力器来实现，具体工作原理见图1所示。

图1 SFD事故配压分段关闭装置工作原理图

3 问题情况

锦屏一级水电站分段关闭启动触发的原理为：在导叶接力器固定一块圆形金属档杆，档杆随着导叶接力器一起连续移动，当其连续运动速度达到导叶分段拐点指定位置时，触发“Y”型电气节点控制开关，节点供电信号导通后分段关闭的电磁阀得到持续供电，从而实现分段关闭的动作。

根据设计文件要求分段关闭的拐点位置为45%导叶全开度位置，整套分段关闭的触发方式采用电气节点触发液压先导换向阀的方式实现分段关闭的控制。该设备采用的是“Y”型节点开关，由于设备本身设计的原因，从接力器运动到拐点位置到节点开关动作存在一部分延时，即设计拐点位置为45%导叶全开度，实际动作是拐点远远低于此开度，制造厂家元件设计不合理导致分段控制不满足要求。综合分析造成分段拐点不满足设计表现为以下几个方面的问题：

①两段关闭阀先导行程换向阀到分段关闭装置本身之间存在5 m的距离，这部分管路造成的油流延时的影响；②“Y”型节点开关本身动作造成的延时。即导叶接力器运动到拐点位置至“Y”型节点开关动作所造成的延时时间；③两段关闭阀先导行程换向阀的所控制的管径较小，活塞4上腔接压力油达到完全控制所需要的延时。

设计文件要求的拐点位置为45%导叶全开度为拐点位置，即在45%导叶全开度以下机组进入第二段关闭即慢关闭。而以上原因造成实际测量出的拐点实际动作位置为23%导叶全开度，远不能满足调保计算的要求。

4 问题的解决

针对问题①现场将关闭阀先导行程换向阀移到分段1关闭最近的位置，在阀体上直接开孔，取消管路，减少管路造成的实际损失；

针对问题②考虑到“Y”开关节点开关的结构特点是造成造成延时的主要原因，将“Y”型改为“I”型节点开关，同时在“I”上加装导入滑轮，在“I”型节点开关动作后导通关闭阀先导行程换向阀实现控制。

针对问题③考虑将需要改变分段关闭的结构，更换为控制油路更大的插装阀等，但是现场工期有限以及不具备大规模更换的条件，在后期择机进行。

5 改造后调试验证

在静态调试时（以锦屏一级4号机为例）,根据设计的要求进行如下调试：在调速器电柜控制面板切换至导叶副环试验，设定导叶开度至100%，此时导叶会全开，待油压装置运行稳定后，在监控人为按事故停机按钮,此时调速器模拟机组停机（通过主配停机和通过事故配停机）。

监控启动事故停机流程→动作急停阀（主配）→启动分段关闭电磁阀调试结果：

急停阀动作后第一段关闭时间：6.18 s

第二段关闭时间：20.7 s

拐点位置：215.5 mm

调试结果见图2。

图2 主配经过分段关闭装置关机曲线

监控复归事故停机流程后，在调速器电柜控制面板切换至导叶副环试验，将调速器开至全开位置，在监控人为按紧急停机按钮,此时监控启动紧急停机流程→动作事故配压阀→启动分段关闭电磁阀调试结果：

第一次试验：事故配压阀动作后第一段关闭时间：6.10 s

第二段关闭时间：20.2 s

拐点位置：213.1 mm

调试结果见图3。

图3 事故配经过分段关闭装置关机曲线

根据上述结果调试完成后，进行分段关闭时间延时测定，缓慢关闭导叶到开关实际动作后测量导叶开度的时间行程为：235 mm。

误差时间计算：

监控流程启动到急停阀时：从502.5关到拐点位置（实际位置：215.5 mm）所用时间为6.18 s，则动作延时为：

（235-215.5）÷[（502.5-215.5）÷6.18]=0.42（s）

监控流程启动到事故配压阀时：从502.5关到拐点位置（实际位置：213.1 mm）所用时间为6.1 s，则动作延时为：

（235-213.1）÷[（502.5-213.1）÷6.1]=0.46（s）

延时满足厂家小于0.5 s的要求，经过系统的静态以上调试结果符合设计院与设备厂家的控制要求。

在进行当前水头最大负荷（60万kW）下甩负荷试验时数据如下（以锦屏一级4号机为例）：

蜗壳压力上升率小于123%；导叶最大开度：92.23%；甩负荷后最大频率：68.20 Hz，最小频率：48.68 Hz，所有试验结果均满足计算要求。

6 结语

锦屏一级水电站分段关闭装置在调试过程中发现问题后，经过现场反复的讨论，不断的改造满足了实际运行的要求，避免了分段关闭装置延时造成的延时死区，为锦屏一级机组的稳定运行提供了有力保障，同时为其他电站同类问题的改造提供了借鉴与参考。