調(diào)壓閥在水電站中的應(yīng)用論文

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1、工程概況

南山水電站位于泰順縣羅陽鎮(zhèn)境內(nèi)的仙居溪支流南山溪上，電站距泰順縣城約12km.整個工程由水庫、發(fā)電引水隧洞、壓力明管、電站廠房等建筑物組成，設(shè)計水頭為177.58m，裝機(jī)容量為2×2500kW，水輪機(jī)型號為HLA542—WJ—80，發(fā)電機(jī)型號為SFW2500—6／1430，工程以發(fā)電為單一任務(wù)。

電站發(fā)電輸水隧洞沿南山溪大崗頭山脊布置，總長約1.96km，壓力明管長270m，由于受地形條件限制，設(shè)計中采用不設(shè)調(diào)壓室方案。

2、設(shè)置調(diào)壓閥的原因

由于南山電站工作水頭較高，在不設(shè)置調(diào)壓室的情況下，電站在運行中可能會遇到由于各種事故，引起機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，發(fā)生甩負(fù)荷的情況。在甩負(fù)荷時，由于導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量急劇變化，水輪機(jī)壓力引水系統(tǒng)中會產(chǎn)生水擊，此時產(chǎn)生的最大水擊壓力上升對壓力引水系統(tǒng)的強(qiáng)度影響特別強(qiáng)烈，嚴(yán)重的會破壞引水系統(tǒng)，引發(fā)事故，因此必須選擇其他方式來限制水擊壓力升高。

通常限制水擊壓力升高的方法主要有設(shè)置調(diào)壓室、裝設(shè)調(diào)壓閥、改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律（采用導(dǎo)葉二段關(guān)閉）等。導(dǎo)葉二段關(guān)閉法在低水頭電站應(yīng)用較多。而對于高水頭電站，多采用設(shè)置調(diào)壓室來調(diào)節(jié)水擊壓力，但調(diào)壓室建造投資大、工期長，特別容易受地質(zhì)、地形等條件限制，故對興建調(diào)壓室有困難的，且導(dǎo)葉關(guān)閉時間Tw≤12s的中小型電站可考慮以調(diào)壓閥代替調(diào)壓室。調(diào)壓閥的作用在于：在機(jī)組甩負(fù)荷導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時相應(yīng)地打開泄流，從而降低水錘壓力的上升，待導(dǎo)葉全關(guān)后，再緩慢關(guān)閉，使引水系統(tǒng)的流量緩慢變化，防止引水系統(tǒng)水壓升高及機(jī)組飛車。

3、調(diào)壓閥選擇及應(yīng)用

3.1調(diào)壓閥的選擇

南山電站導(dǎo)葉關(guān)閉時間的設(shè)計值T為8s，符合上面提到導(dǎo)葉關(guān)閉時間Tw≤12s的要求，且無調(diào)壓室，經(jīng)多方計算和比較選擇確定，南山電站調(diào)壓設(shè)施采用調(diào)壓閥作為調(diào)壓方式，調(diào)壓閥選擇TFW250A／ZD型號。

3.2調(diào)壓閥在應(yīng)用過程中的問題及處理方法

TFW250A／ZD型調(diào)壓閥采用全油壓控制，原設(shè)計中有1個節(jié)流孔用于整定調(diào)壓閥的關(guān)閉時間。由于調(diào)壓閥是后來增加的項目，調(diào)速器廠家和調(diào)壓閥廠家未能及時溝通，造成節(jié)流孔實際并不存在，調(diào)壓閥關(guān)閉時間不能調(diào)整，且調(diào)壓閥全行程不能達(dá)到廠家65mm的要求，實際調(diào)壓閥的行程只有45mm.對于調(diào)速器和調(diào)壓閥的開啟關(guān)閉時間，設(shè)計調(diào)保計算的要求為：無水狀態(tài)下調(diào)速器快關(guān)（100％～0）和調(diào)壓閥快開時間（0～100％）為8.5s，調(diào)壓閥慢關(guān)時間（100％～0）為19s；2臺機(jī)組聯(lián)甩額定負(fù)荷時壓力上升率控制在20％以下，轉(zhuǎn)速上升率控制在55％以下。按設(shè)計要求，這2臺調(diào)壓閥開啟時間和開度都達(dá)不到設(shè)計要求，實測快開啟時間為6s，開度為45mm.經(jīng)分析，系兩者的油缸大小不匹配，調(diào)壓閥的排油不能全部進(jìn)入調(diào)速器的油缸，致使調(diào)壓閥排油不盡，從而影響開度。此時如果要求廠家重新制作更換調(diào)壓閥將會嚴(yán)重拖延發(fā)電時間，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以只能先從技術(shù)上在考慮是否可以通過更改調(diào)速器主接力器時間來滿足與調(diào)壓閥的協(xié)聯(lián)。

針對以上情況，技術(shù)人員重新進(jìn)行調(diào)節(jié)保證計算復(fù)核調(diào)整，并對調(diào)速器和調(diào)壓閥的開啟、關(guān)閉時間進(jìn)行整定，整定后的參數(shù)為：調(diào)速器快關(guān)時間為8.30s～8.38s，調(diào)壓閥慢關(guān)時間為24.50s～46.50s.廠家技術(shù)人員按這要求對時間參數(shù)重新設(shè)置后，再次測得臺機(jī)組主接力器關(guān)閉時間和調(diào)壓閥0～45mm的啟、閉時間（見表1），從2臺機(jī)組的主接力器與調(diào)壓閥接力器靜態(tài)協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線（見圖1、圖2）可以看出調(diào)速器和調(diào)壓閥協(xié)聯(lián)較好，能夠滿足要求。

4、對調(diào)壓閥進(jìn)行聯(lián)機(jī)測試

在調(diào)速器和調(diào)壓閥協(xié)聯(lián)滿足協(xié)聯(lián)要求后，接下來就要進(jìn)行調(diào)壓閥實際使用性能測試，測試方法主要是2臺機(jī)進(jìn)行甩負(fù)荷試驗，看調(diào)壓閥是否能正常工作，且各項數(shù)據(jù)能否滿足設(shè)計要求。

測試過程，機(jī)組甩負(fù)荷試驗時機(jī)組蝸殼壓力表處靜水壓讀數(shù)為1.908MPa（194.7m水柱）。1號機(jī)單機(jī)帶額定負(fù)荷時導(dǎo)葉開度為62.0％，甩負(fù)荷過程中蝸殼壓力最大值為2.089MPa，上升率為9.49％，機(jī)組最高頻率為73.16Hz，上升率為46.32％；2號機(jī)單機(jī)帶額定負(fù)荷時導(dǎo)葉開度為61.6％，甩負(fù)荷過程中蝸殼壓力最大值為2.124MPa，上升率為11.32％，機(jī)組最高頻率為72.06Hz，上升率為44.12％。從記錄結(jié)果看，壓力上升率都在控制要求的20％以下，轉(zhuǎn)速上升率也控制在55％以下，都滿足設(shè)計要求。

當(dāng)1號機(jī)甩負(fù)荷試驗開始，機(jī)組導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時，調(diào)壓閥迅速打開，經(jīng)過6.3s左右導(dǎo)葉全關(guān)，此時調(diào)壓閥的開度為57％，行程為45×57％=25.65mm，隨后調(diào)壓閥緩慢關(guān)閉，經(jīng)過12.7s全關(guān)。蝸殼壓力最大值出現(xiàn)在3.8s的時候，而機(jī)組轉(zhuǎn)速幾乎同時也達(dá)到最大值。2號機(jī)甩負(fù)荷過程曲線與1號機(jī)相似。

2臺機(jī)聯(lián)甩100％額定負(fù)荷時（機(jī)組電氣過速保護(hù)動作，其整定值為150％額定轉(zhuǎn)速）機(jī)組最高轉(zhuǎn)速77.504Hz，上升率55.01％；蝸殼最高水壓2.292MPa，上升率20.13％；甩負(fù)荷試驗結(jié)果基本符合設(shè)計調(diào)保計算要求。如果調(diào)壓閥全開的行程能達(dá)到65mm，通過調(diào)壓閥泄掉的流量會更大，蝸殼水壓的上升將會更好地得到控制。

5、結(jié)論

通過調(diào)整后，南山電站調(diào)壓閥能夠進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)事故狀態(tài)下的水擊壓力，運行情況良好。比較調(diào)壓閥和設(shè)置調(diào)壓室使用效果，雖然調(diào)壓效果不如調(diào)壓室理想，但并不影響工程性能，相對調(diào)壓室的建設(shè)來說，調(diào)壓閥價格僅為調(diào)壓井造價的1／10，取消龐大的調(diào)壓井建設(shè)，不僅節(jié)約三材，還縮短了工期，相信在今后的高水頭中小水電站中應(yīng)該會得到逐步推廣使用。