電廠重錘關機系統控制回路改造研究

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[摘要]重錘關機系統是貫流式機組常采用的事故狀態停機保護系統，若重錘關機系統拒動將導致機組發生嚴重飛逸事故。本文論述百龍灘電廠對重錘關機系統進行控制回路設備增設及改造工作，并介紹新增設的設備功能及運用情況。改造后，分別在不同時期對重錘關機系統進行聯調測試，結果表明改造效果滿足機組關機保障要求。

[關鍵詞]重錘關機；貫流式機組；控制回路；保障；百龍灘電廠

1工程概況

紅水河百龍灘水電廠位于都安瑤族自治縣與馬山縣交界的紅水河中游，為紅水河干流梯級開發的第七級電廠，水電廠安裝有6臺單機容量為32MW的燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機容量192MW。百龍灘水電站于1992年10月進場籌建，1999年5月21日6臺機組全部投產發電。百龍灘水電站建成投產以來，至今已運行20余年，由于上游龍灘梯級電站的興建、大化梯級的擴建以及下游樂灘梯級電站的投入運行等情況變化，百龍灘水電廠的運行條件發生了較大變化，時常出現變化較大的運行水頭，給電廠的機組穩定運行帶來巨大挑戰。

2重錘關機系統存在的問題

百龍灘水電廠在建廠初期未設計安裝快速門，僅配置了重錘，未配置重錘關閉閥，在過速或者其他緊急狀態時，通過手動排油方式才能將重錘以自重形式關閉導葉，或者依賴調速器電氣部分來實現機組的緊急制動，無法及時通過純手動操作關閉機組，且可靠性較低。改造前廠內機組停機流程如圖1所示[1]。由圖1可知，事故停機流程以電磁空氣閥引導進行關導葉動作保護機組，流程中關聯各種配壓閥以及繼電器，極大可能地產生很多不可靠因素，當有如下所述情況之一時就會導致停機失敗。（1）緊急停機閥失效。當緊急停機電磁閥失效時，油路切換功能不能正常動作，導致導葉及隨動槳葉關閉失敗，燈泡貫流式機組因轉動慣量小極易達到飛逸轉速，從而造成水輪機轉動部分損壞事故[2]。（2）導葉主配壓閥卡阻拒動。當機組發生過速事件時，人為觸發緊急停機按鈕后，壓力油通過主配壓閥換向油路使導葉關閉，這時的重錘裝置只起到了輔助關閉的作用，關閉速度由主配管口的大小所控制。當機組甩負荷時，如果導葉主配壓閥卡阻拒動，開腔油無法通過主配壓閥換向回到集油槽內，導葉將無法及時關閉使機組轉速快速上升，達到飛逸轉速后，引發過速事故。（3）發生壓力管路爆裂。廠內的操作油額定工作壓力為6.0MPa，屬于高壓力等級。當油管堵塞，疊加重錘自重，在主配壓閥前的進油管路易發生壓力過大現象，當壓力過大且無法釋壓造成管路爆裂失壓后，導葉將失控，機組轉速快速上升，造成過速事故。

3重錘關機系統改造

按照《水輪機基本技術條件》（GB/T15468-2020）中第4.2.1.24條“當發生壓力油管內油壓低于事故低油壓時，應能自動緊急停機”規定，當機組油泵工作處于失常狀態時，未能及時恢復正常工作油壓時，應能依靠廠內設置的防飛逸設施即重錘實現無壓自重關閉導葉的功能。改造前重錘關機功能不能激活，改造重點在于利用重錘實現導葉接力器的油腔控制，即導葉接力器能實現平壓傳動，亦可叫做“油腔卸荷”[3]，為此增設遠程控制觸發信號及增加必要管路實現油路聯通重新激活重錘關機功能。重錘關機系統控制回路改造后的控制流程見圖2。

3.1技術改造主要增設部件

技術改造主要增設部件見表1。

3.2主要技術改造項目

（1）增設重錘關閉閥體。重錘關閉閥功能為控制閥內各腔體連接狀態，在重錘關機系統工作時，切斷重錘閥體與導葉主配閥體的管路聯通，導葉接力器腔體開腔通過管路與重錘關閉閥體聯通，重錘關閉閥體與集油槽通過管路聯通，重錘關閉閥體作為主要壓力油過流部件使導葉接力器開腔直接連接集油槽進行排油。（2）增設導葉接力器開腔排油管路。該管路使導葉接力器開腔與重錘關閉閥聯通，在重錘自重關閉作用過程中將導葉接力器開腔油通過重錘關閉閥回油管排至集油槽內。（3）增設導葉接力器關腔排油管路。該管路采用單向閥連接關腔與集油槽，從集油槽利用單向油流作用，使關腔充油間接實現無壓串接的效果。為更可靠完成關腔充油，設置兩個重錘單向關閉閥，增設從集油槽至關腔管路兩條。（4）重錘關閉閥壓力開關繼電器。選用型號為HED80H-20/100K14AV的可調式壓力開關繼電器，該繼電器為上限接點方式，當壓力P上升到設定值時，觸發接點動作，回路導通。

4重錘關機系統改造后測試

當機組正常運行時，通過調速系統對導葉及隨動槳葉的控制操作，機組若出現緊急狀況需進行急停時，便能通過重錘關閉閥芯管路換向實現對導葉接力器的油腔卸荷，依靠重錘自重關閉導葉，對機組進行停機。重錘控制回路增設改造完成后，利用電廠內機組定修試驗機會在2020年5月30日、2020年11月6日、2021年2月2日分別對6#、4#、2#機組進行動水重錘關機聯動測試，關閉時間均小于15s，滿足機組異常停機要求。

5結語

百龍灘電廠重錘關機系統控制回路改造完成后，機組運行穩定，在過速或其他緊急狀態時，能通過重錘關閉閥芯管路換向實現對導葉接力器的油腔卸荷，依靠重錘自重關閉導葉，對機組及時進行停機，消除了原有的隱患，為機組的安全運行提供保障。

作者：盧偉 單位：大唐水電科學技術研究院有限公司