烏弄龍電站分段關(guān)閉動作時滯的分析與改進

趙 勇，許 棟，朱 祥，祁英明，張 晗，蘭 宇

（1.南瑞集團（國網(wǎng)電力科學研究院）有限公司，江蘇 南京211106；2.華能瀾滄江烏弄龍里底工程建設(shè)管理局，云南 昆明671500）

0 引言

在水電站的工程實際中，由于其水工結(jié)構(gòu)、引水管道、機組轉(zhuǎn)動慣量等因素的影響，經(jīng)過調(diào)節(jié)保證計算，要求調(diào)速器的接力器在緊急關(guān)閉時具有導葉分段（一般為2段）關(guān)閉特性，即在導葉緊急關(guān)閉過程中，要求按照拐點區(qū)分成關(guān)閉速度不同的2段（或多段）關(guān)閉特性，如圖1所示，導葉分段關(guān)閉裝置就是實現(xiàn)這種關(guān)閉特性的裝置[1-6]。

圖1 分段機理

純機械式分段，無需電源，由于必須利用凸輪或楔形板使接力器在運動時控制切換閥換位，機械系統(tǒng)復雜，有的電站在布置上也有一定的困難。圖2為機械式分段系統(tǒng)。純電氣式分段布置方便，但須十分重視其控制電源和控制回路的可靠性，一般應(yīng)采用兩段廠用電直流電源對切換電磁閥回路供電。如果電站有事故配壓閥，分段應(yīng)該安裝在事故配壓閥與接力器之間的油路中。值得注意的是，在接力器位移凸輪機構(gòu)/控制閥和分段關(guān)閉閥的布置上，一定要使二者盡可能靠近安裝，以減小油管路長度，減少動作延遲。圖3為純電氣式分段關(guān)閉裝置液壓原理，其中，滑閥式分段關(guān)閉閥V2，即分段母體，其三維結(jié)構(gòu)如圖4所示，純電氣式依靠側(cè)端蓋上的電磁換向閥V1實現(xiàn)控制油路切換，純機械式或者電氣+機械組合式則在側(cè)端蓋上采用液控換向閥實現(xiàn)控制油路切換[7-8]。

圖2 接力器機械式導葉分段系統(tǒng)

1 工程概述

烏弄龍4號機在做完靜態(tài)試驗之后，發(fā)現(xiàn)原先滿足要求的拐點滯后約10%的開度。從分段Ⅱ動作到上一層分段Ⅰ側(cè)液控閥失壓、分段Ⅰ本體滑閥動作截流，這一過程存在著約1s 的延時，該延時直接造成了相應(yīng)拐點的滯后，按照一段關(guān)機約10%/s的速度，曲線拐點就下移了10%的開度。

圖3 純電氣式分段關(guān)閉裝置原理

測試發(fā)現(xiàn)：分段Ⅱ單獨投電氣分段情況下，設(shè)定拐點值為51%，10次試驗實測平均差值為9.94%，平均拐點為41.06%；分段Ⅱ單獨投機械分段情況下，設(shè)定拐點值為71%，10次試驗實測平均差值為11.84%，平均拐點為59.16%。調(diào)保計算要求關(guān)機拐點應(yīng)為51.3%，現(xiàn)場將電氣分段動作點提前9.94%，修正設(shè)定值為61%，實際關(guān)機拐點51.7%，滿足要求；同時將機械分段動作點提前11.84%，修正設(shè)定值為62%，實際關(guān)機拐點50.27%，基本滿足要求。表1記錄多次試驗導葉關(guān)閉實際拐點位置。

圖4 滑閥式分段關(guān)閉閥三維結(jié)構(gòu)

表1 多次試驗導葉關(guān)閉實際拐點位置

由于現(xiàn)場工期緊張，無法等到隔夜再次檢驗，現(xiàn)場最終取消分段Ⅱ，沿用1～3號機相對穩(wěn)妥的方式，即，將電磁閥直接裝到分段Ⅰ本體，代替液控切換，保證無延時。

2分段延遲動作分析

（1）因素一：回油不暢

提供的原始液壓系統(tǒng)圖中，分段Ⅱ的回油是單獨配送，與分段Ⅰ合并連到回油箱。但現(xiàn)場安裝采取將分段Ⅱ的回油與鎖定還有飛擺的回油三處整合一起送中間層與分段Ⅰ、事故配壓閥的回油再合并接連到回油箱。之后提供的更改液壓系統(tǒng)圖中，分段Ⅱ的回油也是單獨配送，與分段Ⅰ合并連到回油箱。但4號機現(xiàn)場安裝仍采取之前配管方式，將分段Ⅱ的回油與鎖定還有飛擺的回油三處整合一起送中間層與分段Ⅰ、事故配壓閥的回油再合并接連到回油箱。

水機室內(nèi)的回油配管方式是將分段Ⅱ的回油與鎖定和飛擺的回油合歸一處（“麻花狀”）的方式，存在著回油不暢的問題。同時，1～4號機不僅都存在著分段動作延遲的共性問題，而且都存在著事故動作和飛擺過速動作延遲1～2s 的共性問題，其通病跟此處聯(lián)結(jié)的回油不暢有一定關(guān)系。

（2）因素二：液控管路細長彎折

烏弄龍工程1～4號機液控管路均采用DN15的細管子，從水機室分段Ⅱ到中間層的分段Ⅰ，液控管長度約有40m，且有10處彎折。管路細長彎折的結(jié)構(gòu)特點對液壓信號傳遞的及時性有著一定影響。

（3）因素三：管內(nèi)殘余空氣未排盡

現(xiàn)場4號機投運過程中，為了排除管路的空氣，通過擰開水機室分段Ⅱ集成塊回油口，多次手動投退機械與電氣分段，手動投持續(xù)的時間每次約為15s，釋放了約20L 油，恢復后當時延遲問題基本得到解決。之后也投過事故配壓閥與飛擺，未見明顯延遲。這種排氣方式存在不足，無法確保管路中殘余空氣全部排出，宜采取低壓下將中間層分段Ⅰ液控口擰開泄油排氣，該種排氣方式效果更佳。

3 改進方案

基于“保證回油暢通”思想和“縮短控制被控對象距離”的思想，提出以下4種改進方案，供參考選擇。

（1）改進方案一思路：將原分段Ⅱ改為分段2+分段3，即，將電氣與機械分開，重新制作塊子。

現(xiàn)場安裝要求：分段2緊挨分段Ⅰ，縮短電氣分段與分段Ⅰ間的液控管長度、并就近回油箱配接回油（與分段Ⅰ的回油合并送到一旁的回油箱），可以首先充分保證電氣動作無延時；另外，分段3裝于接力器旁、單獨配接回油（可與分段1分段2的回油合并）送回油箱，保證機械分段回油暢通（圖5）。

圖5 改進方案一原理

（2）改進方案二思路：與方案一略有不同，針對分段3單獨配接回油（可與接力器漏油管合并）送至漏油箱，從而充分保證機械分段回油暢通（圖6）。

圖6 改進方案二原理

（3）改進方案三思路：下移分段Ⅰ至水機室外的墻上，如此分段Ⅰ與分段Ⅱ同層布置，縮短了液控管路的長度，由原來的近40m 縮減為機坑至墻外的約10m 多。此外，分段Ⅱ的回油管單獨配送上去（現(xiàn)場是與鎖定、飛擺的回油合并送上去），并與分段Ⅰ的回油合并去向回油箱（圖7）。

圖7 改進方案三原理

（4）改進方案四思路：在方案三的基礎(chǔ)上，針對分段Ⅱ的回油單獨配管，連同接力器的漏油共同送至漏油箱，保證回油順暢。（圖8）

圖8 改進方案四原理

綜合4種方案現(xiàn)場改造的工程量來看，建議優(yōu)先考慮方案四，其次為方案二。原因為：機坑內(nèi)分段集成塊的回油最好接引到漏油箱，因為首先漏油箱容量足夠（約0.8m3）機組正常開起來帶負荷在拐點以下的概率不是很高（主要是關(guān)機），且分段每次動作流入漏油箱的油量小于1L；回油箱預開的輔助油口不夠用，不便單獨一根連回油箱；分段Ⅰ下移到水機室外，直接縮減了控制被控對象距離。如若原分段Ⅱ一分為二，可將單獨的電氣集成塊安裝在中間層分段Ⅰ本體附近縮短液控距離，回油管就近連回油箱；此時，單獨的機械分段集成塊安裝在水機室，單獨配接回油管送至漏油箱，且確保低壓充油時將液控閥接口擰開排盡管路中的空氣（建議在分段Ⅰ液控接口前安裝一支管帶閥門，便于排油排氣），從而保證機械動作至分段Ⅰ動作過程無延遲。

4 結(jié)論

針對烏弄龍工程“拐點下移”的時滯現(xiàn)象，分析了造成分段本體節(jié)流動作延遲問題的影響因素，包括：①回油不暢；②液控管路細長彎折；③管路殘余空氣未被排盡。基于“保證回油暢通”和“縮短控制被控對象距離”的思想，提出了4種改進方案供參考選擇。為水電調(diào)速器工程設(shè)計及現(xiàn)場故障處理提供參考。