太平湾水电站1号机组事故停机系统技术改造_史恩泽.pdf

第 卷第 期红水河 年 月 太平湾水电站 号机组事故停机系统技术改造史恩泽（国网东北分部绿源水力发电公司太平湾发电厂，辽宁 丹东）摘 要：为解决太平湾水电站 号机组事故停机系统存在的缺陷，年结合机组 级检修进行了改造，改造方案采用全新的事故配压阀、最小压力阀等设备，重新设计事故停机系统，改造后事故停机系统的可靠性更高，系统更为简单，维护更加方便。笔者重点介绍太平湾水电站机组改造前、后事故停机系统的组成及工作原理及改造的效果，并从技术方面对目前仍设有事故油罐的水电站取消事故油罐的可行性进行了论证。该改造的实施可为当前不安装或无快速关闭功能事故闸门而采用事故油罐的水电站改造事故停机系统提供参考和借鉴。关键词：事故停机系统；事故油罐；技术改造；太平湾水电站中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：(,):,:;设备概况太平湾水电站位于辽宁省丹东市振安区太平湾镇，采用河床式厂房，安装 台轴流转桨式水轮发电机组，单机容量 ，总装机容量 。年 月，首台机组投产发电；年 月，台机组全部投产发电。太平湾水电站水轮机调速系统操作油压为，主要包括油压设备、调速器（含主配压阀）、事故配压阀、油阀、差动阀、分段关闭装置、接力器及相应的管路和阀门等。油压设备主要包括压力油罐、事故油罐、集油槽、压油泵、阀组、漏油装置等。每台机组设 套总容积为 的压力油罐（个容积为 承压容器串联）；每 台机组设 个容积为 的事故油罐（号和 号机组共用 个，号和 号机组共用 个）。压力油罐、事故 收稿日期：；修回日期：作者简介：史恩泽（），男，辽宁建昌人，高级工程师，主要从事水电厂生产技术管理工作。：。红水河 年第 期油罐的油气体积比均为。此外，电站每台机组还设 套纯机械过速保护装置，主要部件包括过速飞摆、分瓣法兰盘、机控换向阀、液控换向阀、行程开关和操作臂等。太平湾水电站 号机组主要参数见表。表 太平湾水电站 号机组主要参数表水轮机型式发电机型式额定水头 最大水头 最小水头 额定转速（）飞逸转速（）操作油压 事故低油压（电气保护动作）事故低油压（机械保护动作）一级过速保护动作值（紧急停机电磁阀动作）额定转速的 二级过速保护动作值（电气）额定转速的 三级过速保护动作值（机械）额定转速的 太平湾水电站 号机组近年来出现漏油装置的油泵频繁启动的缺陷，经该电站技术人员排查分析，确定缺陷产生的原因为事故停机系统中油阀的活塞与衬套间隙过大，导致油阀上、下腔体串油，压力油从油阀的泄油管排出，进入漏油箱，油面快速升高，增加了油泵的自动启动频次。由于该设备属于 世纪 年代的产品，设备老化、技术落后，厂家已不再生产该型号的设备，其缺陷部件活塞已采购不到，电站也无同型号的备品，缺陷无法修复。因此，该水电站将 号机组事故停机系统的改造列为 年的工作目标。事故停机系统的作用及工作原理 事故停机系统的作用改造前，太平湾水电站事故停机系统的主要部件包括事故配压阀、油阀、差动阀等；此外，纯机械过速保护系统中的液控换向阀也是事故停机系统的一个部件。事故停机系统的作用主要包括：）过速自动停机保护。机组运行过程中，调速器失灵，主配压阀拒动，机组转速上升，当转速上升到额定转速的时，事故配压阀动作关闭导叶，机组自动停机。事故停机系统具有过速自动停机，防止水轮发电机组发生飞逸的作用。过速自动停机保护又分为过速事故电气停机保护和过速事故纯机械停机保护两种方式。）事故低油压自动停机保护。当压力油罐的压力降低到 以下时，事故配压阀动作关闭导叶，机组自动停机。事故停机系统具有事故低油压保护停机，防止操作油压持续降低，水轮发电机组无法停机的作用。事故低油压自动停机保护又分为事故低油压电气停机保护和事故低油压纯机械停机保护两种方式。改造前的工作原理改造前，太平湾水电站事故停机系统液压原理如图 所示。在机组正常运行条件下，事故配压阀接通主配压阀开启腔、关闭腔，事故配压阀仅为主配压阀接通导叶接力器油路的一部分；当主配压阀拒动时，将启动事故自动停机流程。事故停机分以下四种工况，其工作原理如下。图 改造前事故停机系统液压原理图 过速事故电气停机保护当机组转速上升到额定转速的时，监控系统延时判断主配压阀拒动。机组转速继续上升，当转速上升到额定转速的时，程序发令，电磁配压阀动作，油阀活塞上部的压力油排出，油阀在进油侧管路压力油压的作用下，活塞上移开启，操作压力油经过油阀、差动阀等相关管路，作用于事故配压阀活塞的右侧，事故配压阀动作开启，连接主配压阀开启腔和关闭腔的油路切断，事故配压阀压力油腔打开，接通导叶接力器的关侧，导叶开侧的压力油经过事故配压阀的排油腔排入集油槽，关闭导叶，机组自动停机。机组停机的操作油源来自压力油罐。过速事故纯机械停机保护当机组转速上升到额定转速的时，程序未发令或电磁配压阀未动作；机组转速继续上升，当转速上升到额定转速的时，安装在主轴上的过速飞摆动作，机控液压阀打开，压力油转变为排油，油阀活塞上腔的压力通过液控换向阀排史恩泽：太平湾水电站 号机组事故停机系统技术改造出，油阀在进油侧管路压力油压的作用下，活塞上移开启，操作压力油经过油阀、差动阀等相关管路，作用于事故配压阀活塞的右侧，事故配压阀动作开启，机组自动停机。其操作停机原理同，机组停机的操作油源来自压力油罐。事故低油压电气停机保护机组运行时，压力油罐泄压，当压力降低到 时，程序发令，电磁配压阀动作，油阀活塞上部的压力油排出，油阀在进油侧管路压力油压的作用下，活塞上移开启，操作压力油经过油阀、差动阀等相关管路，作用于事故配压阀活塞的右侧，事故配压阀动作开启，机组自动停机。其操作停机原理同，机组停机的操作油源来自压力油罐。事故低油压纯机械停机保护当压力油罐的压力降低到 时，程序未发令、电磁配压阀未动作或油阀不能打开；压力油罐的压力继续降低，当降低到 时，在事故油源的压力作用下，克服差动阀活塞上部的阻力，活塞向上移动，事故油源的压力油直接作用于事故配压阀活塞的右侧，事故配压阀动作开启，机组自动停机。其操作停机原理同，机组停机的操作油源来自事故油罐。事故停机系统改造设计 事故停机系统的组成新设计的事故停机系统的液压原理见图，主要设备包括事故配压阀、电磁阀、最小压力阀。其中，事故配压阀为二位六通结构，电磁阀与事故配压阀集成为一体，事故配压阀、电磁阀与最小压力阀油路的连接结构如图 所示。图 改造后的事故停机系统液压原理图图 事故配压阀、电磁阀、最小压力阀油路连接结构图 改造后的工作原理机组正常运行时，事故配压阀不动作，事故配压阀左侧的 接口带常压，最小压力阀下部 接口和左侧 接口、电磁阀底部 接口的压力与主压力油源的压力相同，接口与事故配压阀活塞的右侧相通，事故配压阀活塞的两侧压力相同，电磁阀上部 接口、事故配压阀左侧下部 接口、最小压力阀右侧 接口连接回油。过速事故电气停机保护当机组转速上升到额定转速的，程序发令，电磁阀动作，接口、接口、接口的压力与主压力油源压力相等，接口与事故配压阀活塞右侧控制腔相通，右侧活塞排油，在 接口的油压作用下，操作事故配压阀的活塞向右侧移动，连接主配压阀开启腔和关闭腔的油路切断，事故配压阀压力油腔打开，接通导叶接力器关侧，导叶开侧的压力油经过事故配压阀的排油腔排入集油槽，导叶关闭，机组自动停机。过速事故纯机械停机保护机组转速上升到额定转速的，程序未发令或电磁阀未动作；机组转速继续上升，当转速上升到额定转速的时，安装在主轴上的过速飞摆动作，机控液压阀打开，接口的压力油转换为回油，最小压力阀的活塞向下移动，接口与 接口断开，接口、接口与 接口导通，事故配压阀活塞右侧的压力油经 接口排出，在 接口的油压作用下，事故配压阀动作，机组自动停机。其操作停机原理同。机组低油压电气停机保护压力油罐泄压，当压力降低到 时，程序发令，电磁阀动作，事故配压阀动作停机。其操作停机原理同。机组事故低油压机械停机保护当压力油罐的压力降低到 时，红水河 年第 期程序未发令或电磁阀未动作；压力油罐的压力继续降低，当压力降低到 时，最小压力阀的活塞不能被顶起向下移动，接口与 接口断开，接口、接口与 接口导通，事故配压阀活塞右侧的压力油通过 接口排出，在 接口的油压作用下，事故配压阀动作停机。其操作停机原理同。改造后的效果按照上述改造方案，年 月，结合太平湾水电站 号机组 级检修，完成了事故停机系统改造的实施。机组启动前，进行了静态模拟事故配压阀关导叶、电气过速保护停机关导叶和事故低油压关导叶试验，模拟试验结果满足规范要求。机组运行后，参照 水轮发电机组启动试验规程的要求，进行了满负荷工况条件下的事故低油压停机试验，试验选用操作油源为主压力油源（压力油罐排压后的残压），试验测试完成后各项数据见表。试验数据满足规范的要求，说明太平湾水电站 号机组事故停机系统改造取得了较好的效果。表 太平湾电站 号机组满负荷事故低油压关机试验数据 试验负荷 导叶开度 上游水位 下游水位 油罐初始油压 事故低油压动作值 导叶全关后油压值 改造后系统的优点改造后，太平湾水电站 号机组的事故停机系统与原系统相比较，具有如下优点：）设备维护方便。取消了原事故停机系统中的油阀、差动阀和纯机械过速保护装置系统中的液控换向阀，将电磁阀与事故配压阀集成为一体，设备数量减少。）可靠性高。原系统中的差动阀，其开启是依靠事故油源与主压力油源的压力差，如果连接事故油罐与压力油罐之间的逆止阀关闭不严，事故油罐的压力也会降低，满足不了差动阀动作的条件，差动阀会拒动，起不到事故停机的作用。而新系统采用的最小压力阀则不受限制，依靠油源的残压仍可以操作事故配压阀的开启。）新系统事故配压阀动作的操作油源可以选择压力油罐，在低油压的工况下，即使电磁阀故障或失灵，利用压力油罐的残压仍然可以进行纯机械关闭事故配压阀，机组停机。从技术上取消事故油罐及相关管件是可行的，这样调速系统结构更简单，可能发生渗漏的危险点减少，运行维护更方便。结语事故停机系统在水电站的功能是防止机组因过速而产生飞逸事故，防止调速系统操作油源的泄压而导致机组无法停机的事故。国内低水头和安装轴流转桨式水轮发电机组的水电站，其上游事故闸门或检修闸门不具备快速关闭功能，事故停机系统更是水电站防止机组飞逸和操作油源泄压最快速有效的一道防线。太平湾水电站 号机组事故停机系统改造完成后，系统更为简单，可靠性更高。同时改造后的设备可应用主压力油源泄压后的残压操作导叶接力器使机组停机，在技术上可以取消事故油罐及其相关设备，使调速系统的结构更为简单，运维更方便。太平湾水电站 号机组事故停机系统改造的成功经验，可为国内老旧结构事故停机系统，特别是含有事故油罐的水电站进行事故停机系统改造提供借鉴。参考文献：胡文东，姚帮葛，王海察汗乌苏水电站事故配压阀压力内泄分析及处理西北水电，（）：胡小刚水电站调速器系统事故配压阀渗漏事故的分析与处理广东水利水电，（）：张懿雄，易万爽，李兴华葛洲坝机组新事故配压阀动作异常原因分析及处理水利水电快报，（）：覃涛岩滩水电站扩建工程调速系统事故配压分段关闭装置技术改造红水河，（）：武彬，黄天文，陈勇旭大型轴流转桨式机组调速系统油压装置事故压力油罐供油方式探讨 中国电力企业联合会科技开发服务中心，全国电力技术市场协会全国大中型水电厂技术协作网第十届（年）年会论文集厦门：出版者不详，：，水轮发电机组启动试验规程 魏强，魏勇班多水电站事故油泵替代事故压力油罐浅析青海电力，（）：（责任编辑 秦凤荣）