長龍水電廠水輪機調(diào)速器及接力器的改造

張家勇

摘 要：長龍水電廠水輪機調(diào)速器存在著操作工不足、接力器漏油和檢修不便等諸多問題，文章結(jié)合長龍水電廠水輪機調(diào)速器及接力器的改造，分析設(shè)備問題的成因并提出相應(yīng)的解決方法，改造取得了圓滿成功，可供電廠改造或新建電廠調(diào)速器選型安裝學(xué)習(xí)參考。

關(guān)鍵詞：長龍水電廠；調(diào)速器；接力器；技術(shù)改造

引言

長龍水電廠位于廣東省蕉嶺縣石窟河干流上，電廠裝有一臺4.0MW混流式水輪發(fā)電機組，水輪機型號HLA244-LJ-120，于1994年投產(chǎn)。機組投運后，水輪機調(diào)速器系統(tǒng)雖然不斷進行完善，但仍然出現(xiàn)許多不利于機組安全運行的因素，突出表現(xiàn)在調(diào)速器輸出的調(diào)速功不足、調(diào)速器主配壓閥頻繁抽動等，為了消除上述調(diào)速器故障隱患，提高電站的自動化程度和設(shè)備可靠性，減輕值班人員的勞動強度，電廠決定對水輪機調(diào)速器及接力器進行技術(shù)升級改造。

1 調(diào)速器介紹及存在的問題

水輪機調(diào)速器的主要作用是調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)速的設(shè)備，是水輪發(fā)電機組重要附屬設(shè)備之一，能使機組轉(zhuǎn)速保持恒定并承擔(dān)啟動、停機、緊急停機、增減負(fù)荷等任務(wù)。調(diào)速器主要由調(diào)速柜（電氣柜和機械柜）、接力器、油壓裝置三大部分組成。長龍水電廠自投運以來，水輪機調(diào)速器一直不斷進行完善。目前，電廠使用的調(diào)速器是微機調(diào)速器，型號為DZYWT-1800，PLC采用三菱公司的FX2N系列可編程控制器，電液轉(zhuǎn)換器采用交流電機伺服裝置，交流伺服電機通過滾珠螺旋自復(fù)中裝置直接連接主配壓閥，接力器額定工作壓力為6.0 MPa。調(diào)速器電氣柜、接力器和油壓裝置均布置在發(fā)電機層機墩旁，接力器布置在集油槽油箱內(nèi)部，固定在集油槽油箱側(cè)壁上，接力器推拉桿伸出集油槽油箱外面與傳動軸連接，傳動軸引到水輪機層與導(dǎo)水葉控制環(huán)推拉桿連接，這樣接力器就可以通過控制傳動軸轉(zhuǎn)動來控制水輪機導(dǎo)葉動作，油壓裝置采用皮囊式蓄能罐。水輪機調(diào)速器機械液壓原理圖如圖1所示。

水輪機調(diào)速器在經(jīng)過多年的運行后，主要出現(xiàn)了以下問題：

（1）調(diào)速器運行中經(jīng)常出現(xiàn)抽動現(xiàn)象，易造成滾珠螺旋自復(fù)中裝置卡阻，且漏油量大，油泵電機經(jīng)常啟動。

（2）水輪機調(diào)速器接力器調(diào)速功僅有1800kg.m，不滿足水輪發(fā)電機組設(shè)計所需調(diào)速功為3000kg.m的要求。2010年，為了提高接力器調(diào)速功，以滿足水輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)性能的要求，電廠將額定工作油壓由6.0 MPa提高到了7.0 MPa。

（3）油壓提高后，明顯感覺到接力器推拉桿的剛性不夠，存在安全隱患，而且接力器活塞環(huán)及作用筒密封盤根容易損壞，接力器推拉桿軸銷與作用筒之間密封處滲油。

（4）由于接力器布置在集油箱內(nèi)，不易于觀察，出現(xiàn)問題無法及時發(fā)現(xiàn)。檢修維護接力器時，需拆除并吊走安裝在集油槽油箱蓋板的調(diào)速器電氣柜，拆開集油槽油箱蓋板，而且集油槽油箱內(nèi)部檢修空間狹小，檢修人員不易于展開工作，檢修維護很不方便。

以上問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了水輪發(fā)電機組安全可靠運行，并增加了檢修維護工作量，需要對水輪機調(diào)速器及接力器進行改造。

2 改造方案

（1）調(diào)速器的選擇及更換。由于可編程微機調(diào)速器DZYWT-3000功能上滿足電廠選型需要，而且與當(dāng)前使用的調(diào)速器DZYWT-1800是同系列產(chǎn)品，只須更換與其匹配的交流伺服機和主配壓閥即可，原有調(diào)速機電氣柜可以不作改變，這樣選擇可以減少經(jīng)濟成本和改造工程量，因此電廠決定采用DZYWT-3000型可編程微機調(diào)速器。該調(diào)速器不僅技術(shù)性能優(yōu)越，而且機構(gòu)新穎，結(jié)構(gòu)簡單，抗油污能力強，靜態(tài)耗油量小，是一種新型水輪機調(diào)速設(shè)備.對于新建的中、小型電站或者老電站的調(diào)速器技術(shù)改造都具有很強的實用性。DZYWT-3000型可編程微機調(diào)速器主要功能特如下：

a.該調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔合理，運行穩(wěn)定可靠，技術(shù)性能指標(biāo)優(yōu)良，便于維護修理；機械液壓隨動系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)液壓元件組成，運行可靠，維護簡單。

b.采用皮囊式蓄能器，由于油氣隔離，不需補氣也可長期工作，減少調(diào)速器運行時日常維護工作量。

c.采用了高性能的可編程控制器作為調(diào)節(jié)器的硬件，平均無故障時間MTBF≥30000小時。

d.采用彩色觸摸屏作為調(diào)速器與運行人員的人機接口，具有顯示信息量大、清晰、準(zhǔn)確、操作方便等優(yōu)點。

e.調(diào)速器具有多種運行模式，如頻率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)、水位控制和功率調(diào)節(jié)等，能適應(yīng)不同運行工況的要求。

f.設(shè)有電氣開度限制，操作靈活，運行可靠，且易于實現(xiàn)自動-手動的無條件，無擾動轉(zhuǎn)換。

h.具有與上位機的通訊接口，便于實現(xiàn)電站計算機控制。

（2）接力器的設(shè)計與更換?，F(xiàn)有調(diào)速器接力器調(diào)速功僅有1800kg.m，實際上水輪發(fā)電機組所需調(diào)速功達(dá)3000kg.m，因此需要對接力器重新進行設(shè)計。最終選定的接力器參數(shù)：液壓缸最大行程 S=360mm，缸徑=φ200mm，桿徑=φ100mm，接力器容量=8.5L，工作油壓=6.0Mpa。為便于觀察接力器的日常運行和檢修維護，將接力器布置在水輪機層機墩外，取消原有內(nèi)置于集油箱內(nèi)時所需要的傳動軸，按照改造要求重新設(shè)計、生產(chǎn)接力器和控制推拉桿之間連接的傳動軸。

（3）根據(jù)接力器的布置要求重新設(shè)計機械液壓系統(tǒng)管路。

（4）油泵、皮囊式蓄能器、集油槽油箱及其它結(jié)構(gòu)保持不變。

改造后的調(diào)速器機械液壓原理圖如圖2所示。

3 試驗情況

3.1 靜特性試驗

靜特性試驗主要目的是檢查調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)和非線性度。將調(diào)速器處于自動空載狀態(tài)，設(shè)定參數(shù)Bp=6%，Bt=20%、Td=5s、Tn=0s，機頻從50Hz開始每隔0.3Hz變化一次，使接力器單調(diào)上升或下降，記錄機頻和相應(yīng)的導(dǎo)葉行程值，頻率、導(dǎo)葉行程如圖3所示。

靜特性試驗

試驗結(jié)果：轉(zhuǎn)速死區(qū)ix<0.02%（國家標(biāo)準(zhǔn)要求小型調(diào)速器ix≤0.10%），符合要求。

3.2 空載擺動試驗

試驗要求：手動空載工況下測定機組在3min內(nèi)的轉(zhuǎn)速擺動值，其擺動相對值不超過0.3%。測得數(shù)據(jù)fmax=50.67Hz，fmin=50.49Hz，求得△f=（fmax-fmin）/2■×100%=0.18%≤0.3%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗合格

3.3 自動開停機試驗

試驗要求：自動開停機過程中，要求動作迅速，開機時超調(diào)量不超過±0.5Hz，無波動停機時接力器全關(guān)時間不得大于4s。給開機令，導(dǎo)葉開度由0開至20%，機組穩(wěn)定后再給停機令，整個過程中各項數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗合格。

3.4 甩負(fù)荷試驗

設(shè)置調(diào)速器空載調(diào)節(jié)參數(shù)：Bt=22；Td=6；Bp=4；Tn=0.10。甩100%負(fù)荷時，機組最高轉(zhuǎn)速上升為38%，滿足調(diào)保計算轉(zhuǎn)速上升率不大于45%的要求；蝸殼水壓上升率41%，滿足調(diào)保計算不大于50%的要求；在轉(zhuǎn)速變化過程中，超過額定轉(zhuǎn)速3%以上的波峰不超過2次，從機組甩負(fù)荷起，到機組相對偏差小于±1%為止的時間比值不大于15。甩100% 負(fù)荷過程各項指標(biāo)滿足國標(biāo)要求。

4 改造效果

可編程微機調(diào)速器及接力器的更換改造，提高了水輪機調(diào)速器系統(tǒng)對速動性、安全性和可靠性的要求，減少了檢修維護工作量，具體改造效果如下：

（1）采用DZYWT-3000可編程微機調(diào)速器，相較于之前的

DZYWT-1800微機調(diào)速器，伺服電機輸出功率高，工作更穩(wěn)定、可

靠。

（2）調(diào)速器接力器調(diào)速功由1800kg.m提升到3000kg.m，達(dá)到設(shè)計值，提高了調(diào)速器系統(tǒng)的動作可靠性和安全性。

（3）油壓裝置額定工作壓力由7.0Mpa降回到6.0Mpa，緩解了調(diào)速器系統(tǒng)的金屬疲勞損傷。

（4）接力器由原來布置在封閉的集油槽油箱內(nèi)改為布置在水輪機層機墩外，易于觀察設(shè)備運行情況，檢修接力器時可以直接對接力器本體進行檢修，省掉了排壓力油、解體調(diào)速器等麻煩工序，大大改善了檢修維護條件，降低了工作勞動強度、檢修時間和檢修成本。

（5）取消原有布置所需調(diào)速軸，接力器直接與控制環(huán)推拉桿連接，簡化了機械結(jié)構(gòu)，提高了調(diào)速器系統(tǒng)的速動性。同時，設(shè)備比以前更簡單美觀，騰出了廠房工作空間。

5 結(jié)束語

長龍水電電廠水輪機調(diào)速器及接力器改造后所有技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了改造技術(shù)協(xié)議和國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，達(dá)到了改造的目的，本次改造是成功的。

參考文獻

[1]周泰經(jīng)，吳應(yīng)文.水輪機調(diào)速器實用技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

[2]周海蒙，吳慶超.三插溪水電站調(diào)速器的技改實踐[J].小水電，2013，3：65-66.

[3]李平學(xué)，劉寧.李家峽水電站4號機組調(diào)速器改造[J].陜西電力，2009，9：72-75.