株溪口水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉問題淺析

謝湘豹

（湖南省水利水電勘測設(shè)計研究總院長沙市410007）

1 工程簡介

株溪口水電站位于湖南省安化縣境內(nèi)資水流域中游，是一個以發(fā)電為主，兼顧航運等綜合效益的水電工程。電站為河床式，總裝機容量74 MW，裝有4臺（套）燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量18.5 MW，每臺機組配置1臺PSWST-100-PLC調(diào)速器，油壓裝置為HYZ-6.0-6.3。

2 故障現(xiàn)象

株溪口水電站1#機組在調(diào)試程序完善后甩12 MW負荷時，機組轉(zhuǎn)速升高達到160%額定轉(zhuǎn)速，電氣過速和機械過速均動作，機組事故停機。

3 試驗檢查

（1）無水試驗檢查。

排干機組流道積水，檢查導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律是否滿足要求，即第一段和第二段關(guān)閉時間、分段關(guān)閉拐點是否滿足設(shè)計要求，設(shè)計要求第一段Ts1=3 s，第二段Ts2=6 s，拐點開度為45%。

采用模擬甩負荷的方法，測量出第一段關(guān)閉時間為1.563 s，第二段關(guān)閉時間為11.106 s，分段關(guān)閉拐點為48.7%。雖然與設(shè)計導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律不符，但第一段關(guān)閉速度比設(shè)計關(guān)閉速度快，考慮到甩負荷時有過速現(xiàn)象，導(dǎo)葉關(guān)閉速度偏快，對抑制轉(zhuǎn)速上升有利，故沒有對關(guān)閉速度進行調(diào)整。

（2）甩負荷試驗檢查。

●在當(dāng)時水頭下機組帶15 MW負荷時，導(dǎo)葉開度為76.354%，此時機組甩15 MW負荷，機組轉(zhuǎn)速上升到63.661 Hz。甩負荷時，導(dǎo)葉關(guān)閉的拐點為55.422%。

●在當(dāng)時水頭下機組帶12 MW負荷時，導(dǎo)葉開度為64.939%，此時機組甩12 MW負荷，機組轉(zhuǎn)速上升到75.728 Hz。甩負荷時，導(dǎo)葉沒有按照分段關(guān)閉規(guī)律進行關(guān)閉，而是按第二段關(guān)閉速度關(guān)閉，導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速上升過高。

4 故障原因分析

在機組帶12 MW負荷時，導(dǎo)葉開度為64.939%，此時觀察分段關(guān)閉的先導(dǎo)閥，發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)閥下部的滾輪剛好處在拐點位置，即只要導(dǎo)葉關(guān)閉一點，先導(dǎo)閥就會動作，也就是說此時分段關(guān)閉的拐點為64.939%。而在無水試驗時，分段關(guān)閉拐點為48.700%，這說明導(dǎo)葉從全開向全關(guān)，先導(dǎo)閥的滾輪運動到拐點上時，并沒有馬上驅(qū)動分段關(guān)閉閥動作，而是在0.5 s后導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉了16.239%開度才驅(qū)動分段關(guān)閉閥動作。但在甩12 MW負荷時，由于導(dǎo)葉剛開始關(guān)閉時速度不快，先導(dǎo)閥較快地驅(qū)動了分段關(guān)閉閥動作，導(dǎo)葉一直以第二段的較慢速度關(guān)閉，導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速上升過高。這說明甩負荷時導(dǎo)葉關(guān)閉的初始開度大，導(dǎo)葉分段關(guān)閉的拐點就低，導(dǎo)葉關(guān)閉的初始開度小，導(dǎo)葉分段關(guān)閉拐點就高，當(dāng)導(dǎo)葉開度剛好在先導(dǎo)閥滾輪與分段凸塊接觸位置即65%開度附近時，該開度就處于分段關(guān)閉拐點位置上。也就是說分段關(guān)閉裝置的拐點在各種工況下是不一樣的，具有不確定性，這就容易導(dǎo)致甩負荷時機組過速，特別是當(dāng)機組帶滿負荷而導(dǎo)葉開始剛好在先導(dǎo)閥滾輪與分段凸塊接觸位置時，甩負荷后導(dǎo)葉會按第二段慢關(guān)閉速度關(guān)閉，機組轉(zhuǎn)速上升將很高，這將對機組安全穩(wěn)定運行非常不利。

株溪口水電廠機組分段關(guān)閉裝置采用的是純機械位置控制的先導(dǎo)閥與油壓控制的分段閥組成的組裝，在分段關(guān)閉拐點以上，先導(dǎo)閥連接分段關(guān)閉閥的油管路接通壓力油；達到分段關(guān)閉拐點以下，先導(dǎo)閥動作，連接的油管路接通回路，通過管路泄壓驅(qū)使分段關(guān)閉閥動作，實現(xiàn)導(dǎo)葉的較慢關(guān)閉。先導(dǎo)閥安裝在控制環(huán)上部，分段關(guān)閉閥安裝在燈泡頭上部的位置，二者之間的油管路長達20 m左右，分段關(guān)閉閥安裝位置比先導(dǎo)閥高5 m左右。這必然導(dǎo)致先導(dǎo)閥動作后管路泄壓到分段關(guān)閉閥動作到位需要一段時間，從而導(dǎo)致了分段關(guān)閉拐點動作滯后。

通過以上的調(diào)查分析，基本確定引起1#機組在甩12 MW負荷時過速的原因是由于分段關(guān)閉裝置性能不佳，導(dǎo)致甩負荷時直接以第二段速度關(guān)閉，而沒有以較快的第一段關(guān)閉速度首先將機組轉(zhuǎn)速予以抑制，而導(dǎo)致分段關(guān)閉裝置性能不佳的原因是由于先導(dǎo)閥和分段關(guān)閉閥之間油路較長，而分段關(guān)閉閥需要先導(dǎo)閥的連接管路泄壓到一定值才能驅(qū)動。

5 改造措施

1#機組在甩12 MW負荷時過速的原因是分段關(guān)閉裝置性能不佳造成的，應(yīng)該盡快對分段關(guān)閉裝置進行有效的改造，具體可采取以下措施：

（1）采用動作壓力低的分段關(guān)閉閥，保證連接管路壓力變化較小的情況下，也能驅(qū)動分段關(guān)閉閥動作。

（2）縮短先導(dǎo)閥和分段關(guān)閉之間的鏈接管道，盡量將先導(dǎo)閥和分段關(guān)閉閥安裝在一起。

（3）采用電磁閥控制的分段關(guān)閉閥，通過導(dǎo)葉接力器的位置節(jié)點信號驅(qū)動電磁閥操作分段關(guān)閉裝置動作。采用這種方案，應(yīng)考慮在電氣回路故障情況下，如何保證分段關(guān)閉裝置的動作可靠性。

（4）采用電磁閥+先導(dǎo)閥雙重控制的分段關(guān)閉閥，電氣控制為主控制，油壓為備用控制，保證在電氣控制失電的情況下，通過壓力油操作分段關(guān)閉裝置動作。采用這種方案，可以提高分段關(guān)閉裝置動作的可靠性，但應(yīng)研究設(shè)置兩套控制裝置的可行性。