水電站沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)發(fā)展歷程及研究

韋修曙

摘 要：伴隨社會的全面發(fā)展以及現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快，電力行業(yè)得到了穩(wěn)固發(fā)展。水電是電力生產(chǎn)的重要組成部門，為社會發(fā)展需要的電力資源貢獻(xiàn)了不可忽視的力量。沖擊式水輪機(jī)是水電站保持正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高水頭水電站應(yīng)運(yùn)而生，與此同時，沖擊式水輪機(jī)開始呈現(xiàn)容量大增、噴嘴諸多的發(fā)展態(tài)勢。為適應(yīng)水電站技術(shù)不斷更新的生產(chǎn)實(shí)際，對傳統(tǒng)的沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)進(jìn)行整理和回顧是促進(jìn)水電站新發(fā)展的畢經(jīng)之路，希望通過文章的闡述，對沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)的改進(jìn)、創(chuàng)新提供借鑒。

關(guān)鍵詞：水電站；沖擊式水輪機(jī)；調(diào)速器

前言

沖擊式水輪機(jī)是借助于特殊導(dǎo)水機(jī)構(gòu)引出具有動能的自由射流，沖向轉(zhuǎn)輪水斗，使轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)做功，從而完成將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種水力原動機(jī)。沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)節(jié)和響應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)和指示儀表等組成的若干個裝置的集合體，是保證水電站進(jìn)行生產(chǎn)的重要組成部分。面對全新的發(fā)展形勢，實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展勢在必行，作者現(xiàn)以沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)發(fā)展歷程為研究視角進(jìn)行詳細(xì)闡述，希望為我國水電事業(yè)的穩(wěn)固發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

1 工程項(xiàng)目簡介

對我國水電站沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)發(fā)展歷程的研究，必須選取具有代表性的研究對象，為保證該項(xiàng)研究的準(zhǔn)確性，作者以云南某發(fā)電廠為研究對象進(jìn)行闡述?，F(xiàn)將云南某發(fā)電廠的系列特征闡述如下：

云南某發(fā)電廠位于中國大西部的滇東北高原，是我國第一座高水頭、跨流域開發(fā)的梯級水電站，國家“一五”期間的重點(diǎn)建設(shè)工程之一，云南某水電廠在沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)的應(yīng)用上一直處于我國的前列，是我國水電事業(yè)發(fā)展的縮影。改水電廠是三級和四級引入式高水頭水電站，設(shè)計(jì)水頭的高度是590米，在電站內(nèi)部安裝了四個沖擊式橫軸水輪發(fā)電機(jī)組，每一個發(fā)電機(jī)組的容量是36MW，檢查干初期開始進(jìn)行隱藏性，到20世紀(jì)九十年代末期進(jìn)行了更新改造，將原有的八個進(jìn)口處的調(diào)速器應(yīng)用具有國際先進(jìn)水平的CJT-100-W型號沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器進(jìn)行替換，在機(jī)組運(yùn)行過程中將雙微機(jī)、電液轉(zhuǎn)換器的工作原理進(jìn)行有效運(yùn)用。21世紀(jì)初期，該電站針對沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)進(jìn)行了第二次全面更新，在改造過程中將原有的調(diào)速器全部轉(zhuǎn)換為CJT4/1型沖擊式水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，在施工過程中有效將電液比例和可編程掉節(jié)氣以及插裝閥等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行整合。云南某水電廠在不同歷史時期針對調(diào)速器技術(shù)的改革和更新實(shí)踐全面體現(xiàn)了我國沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)的演變歷程[1]。

2 沖擊式水輪機(jī)發(fā)展概述

2.1 沖擊式水輪機(jī)特點(diǎn)

沖擊使水輪機(jī)具有水頭較高、壓力鋼管比較長、機(jī)組運(yùn)行過程中的力矩非常小的特征。所以，在機(jī)組運(yùn)行過程中必須擁有超強(qiáng)自動調(diào)節(jié)功能的噴針作為保障，同時必須同時安裝折向器，當(dāng)機(jī)組的實(shí)際負(fù)荷超出規(guī)定量時，折向器必須在第一時間內(nèi)對水流進(jìn)行阻斷，使水流不再進(jìn)入水輪機(jī)，避免水錘壓力與機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù)之間產(chǎn)生不可調(diào)節(jié)的矛盾。

2.2 調(diào)速器演變歷程

20世紀(jì)90年代，云南某水電站已經(jīng)投入運(yùn)行數(shù)十年，伴隨生產(chǎn)需求的變化和間的流逝，原有的沖擊式水輪機(jī)械液壓調(diào)節(jié)器開始出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，與此同時計(jì)算機(jī)技術(shù)開始全面滲透到社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，原有的調(diào)速器被先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所取代。1994年，改革開放取得階段性進(jìn)展之際，云南某水電站在國家電力部門的指導(dǎo)和支持中，與長空所結(jié)成科研立項(xiàng)聯(lián)盟，將開發(fā)具有國際領(lǐng)先水平的捷克調(diào)速器作為主要研究對象。在國家電力部門和云南某水電站的不懈努力之下，歷時兩年光陰，1996年我國第一臺完全有電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制管理的沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器誕生，并在同年開始進(jìn)入實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)過兩年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累，相關(guān)專家學(xué)者傾注大量心血汗水，1998年云南某水電站的調(diào)速器全部更新還貸成功。沖擊使水輪機(jī)調(diào)速器的這一次創(chuàng)新具有歷史意義，在我國水電事業(yè)的發(fā)展歷程中留下了濃墨重彩的一筆。該項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新在世界范圍產(chǎn)生的重大影響，其主要由四方面體現(xiàn)技術(shù)的時代特征：一是在技術(shù)上擁有兩個計(jì)算機(jī)控制體系；二是擁有五個雙錐式的點(diǎn)液轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；三是五個關(guān)鍵配壓閥設(shè)備共同工作；四是五個電子轉(zhuǎn)移傳感器共同實(shí)現(xiàn)操作運(yùn)行[2]。

2.3 雙可編程調(diào)速器演變歷程

伴隨社會的全面進(jìn)步，現(xiàn)代化建設(shè)對水電站的生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)安全提出了更高的要求，水電站形成集中化的管理模式成為水電站發(fā)展的必然趨勢，為了全面升級生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，云南某水電站于2009年開始對沖擊式水輪機(jī)調(diào)速技術(shù)進(jìn)行了第二次技術(shù)改革，在以往的基礎(chǔ)上，根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展實(shí)際，將原有調(diào)速器進(jìn)行了全面更新?lián)Q代，此次技術(shù)革新使得水輪專用調(diào)速器得以使用。更新之后的調(diào)速器控制體系更具現(xiàn)代化和智能水平，在體系設(shè)計(jì)上將直聯(lián)模式理念全面應(yīng)用和推廣，四個電液隨動體系的設(shè)計(jì)、一個開關(guān)量化管理體系的集中最大化保證了波動降低和平穩(wěn)性良好。在機(jī)組運(yùn)行過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)全面的智能化管理，當(dāng)水輪機(jī)的實(shí)際負(fù)荷量超出預(yù)期負(fù)荷量的情況出現(xiàn)，管理系統(tǒng)將會第一時間發(fā)出信號，應(yīng)用最快的信息傳遞功能將信號傳輸給管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)根據(jù)信號反饋處理方式，將機(jī)組運(yùn)行中的事故率降到了最低，全面保證了水電站生產(chǎn)過程中的效率和安全性[3]。

3 沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器發(fā)展技術(shù)研究

根據(jù)前文中作者對云南某水電站在不同歷史階段應(yīng)用的調(diào)速器方案和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，縱觀我國水電廠的生產(chǎn)工作實(shí)際情況，可以發(fā)現(xiàn)沖擊式水輪機(jī)調(diào)速技術(shù)具有以下特征：

第一，在實(shí)現(xiàn)電氣的控制技術(shù)上，均采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)急性輔助，保證測頻、調(diào)節(jié)等工作不受人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)工作能夠在預(yù)期的運(yùn)行軌跡有效地、安全地運(yùn)行，時刻處于最佳工作狀態(tài)，進(jìn)而提高了整體運(yùn)行上的安全可靠。

第二，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上采用先進(jìn)的直連系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，在噴針的控制技術(shù)上采用比較先進(jìn)的電液隨動控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)比例化的控制模式，有效實(shí)現(xiàn)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對PID信號進(jìn)行高效率、高精準(zhǔn)度的接受動作；折向器的控制是建立在轉(zhuǎn)速判斷和開停機(jī)狀態(tài)分別量化控制的基礎(chǔ)上的全新控制模式[4]。

第三，針對噴針的控制手段主要采用一個控制閥控制一個噴針的形式，避免控制交錯復(fù)雜狀況，實(shí)現(xiàn)了多個噴嘴系統(tǒng)產(chǎn)生的多種子液壓控制體系區(qū)分對待的管理模式，各個噴針的出力系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)電氣回路進(jìn)行精確配置。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國水電站沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)取得了長足的發(fā)展，為我國水電事業(yè)的進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。希望通過文章的闡述，能夠使電力系統(tǒng)部門和水電站了解沖擊式水輪機(jī)調(diào)速技術(shù)的發(fā)展歷程和技術(shù)特征，在日后的生產(chǎn)實(shí)踐中，變革傳統(tǒng)觀念，創(chuàng)新工作思路方法，全面提高該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展步伐，為我國現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)更加卓著的力量。

參考文獻(xiàn)

[1]潘熙和，王麗娟.我國水輪機(jī)調(diào)速技術(shù)創(chuàng)新回顧與學(xué)科前景展望[J].長江科學(xué)院院報，2011，10（10）：221-226.

[2]葉章可.沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)方式探析[J].電子世界，2014，16：458.

[3]萬有奎.中小水電站水輪機(jī)調(diào)速器技術(shù)改造方案研究[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，5（15）：138-139.

[4]王漢超.水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械液壓部分選型方法[J].云南水力發(fā)電，2013，2（5）：101-104.