張 康,嚴映峰
(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠,四川 漢源 625304)
PFSWT-200-6.3型調(diào)速器在瀑布溝水電站的應用
張 康,嚴映峰
(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠,四川 漢源 625304)
介紹了PFSW T-200-6.3水輪機調(diào)速器在瀑布溝電站的成功應用,對該調(diào)速器的整體結(jié)構(gòu)、相關技術(shù)參數(shù)作了介紹,運行過程中存在的問題進行分析,并提出了改進措施。
調(diào)速器;結(jié)構(gòu);技術(shù)參數(shù);問題
瀑布溝電站采用了PFSWT型雙比例伺服閥微機調(diào)速器,針對大中型水輪機機組設計,額定工作油壓為6.3 MPa。微機調(diào)節(jié)器由ABB公司提供,比例伺服閥由BOSCH提供,主配壓閥采用GE公司直徑Φ200的FC20000閥,事故配壓閥、純機械過速保護裝置、分段關閉裝置等均為主機廠東方電機廠、GE公司供貨。
瀑布溝電站首臺機組6號機于2009年12月13日投產(chǎn)發(fā)電,3號機、4號機、5號機相繼投產(chǎn),運行一段時間后,調(diào)速器出現(xiàn)了一些問題,針對性的采取措施后運行基本正常。
比例伺服閥微機調(diào)速器是針對大中型水輪機機組設計的水輪機調(diào)速器。從總體結(jié)構(gòu)來看,它主要由電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和機械液壓系統(tǒng)的兩個主要部分組成。見圖1。
圖1 比例伺服閥微機調(diào)速器
1.2.1 硬件
電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)由自動調(diào)節(jié)器和手動控制器組成?!白詣诱{(diào)節(jié)”采用ABB公司HPC-AC800M控制器(Ⅰ和Ⅱ),“手動控制”采用ABB公司的PM851A電手動微機控制器組成,控制軟件由事達公司和ABB公司共同編制。
HPC-AC800M控制器(Ⅰ和Ⅱ)有相同的硬件配置,包括CPU、應用軟件、通訊模塊、頻率測量、開入開出、模入模出、電源;微機控制器Ⅰ和Ⅱ通過以太網(wǎng)交換狀態(tài)和數(shù)據(jù),構(gòu)成交叉冗余雙微機控制器,如圖2。
圖2 控制IT AC800M
PM851A電手動微機控制器也連接在以太網(wǎng)上,用來控制機械液壓系統(tǒng)的比例伺服閥A或B工作。
1.2.2 軟件
將各種功能模塊整合、集成,形成各項目統(tǒng)一的功能塊庫,來實現(xiàn)各種特定功能。程序由各種功能塊搭建而成,十分方便用戶使用。而其工程實現(xiàn)則非常簡單,在軟件中調(diào)用模塊即可。模塊內(nèi)部包含了各種模擬量運算、邏輯運算、PID運算,與外部相關聯(lián)的各輸入、輸出都已經(jīng)引出,開發(fā)、維護時需要做的只是將各引腳連接到相應的I/O信號上,簡單易用,又減少了出錯的可能。
1.2.3 雙機冗余控制
無論在“自動調(diào)節(jié)”方式,還是在“手動控制”方式,比例伺服閥A和B都是冗余工作的,其地位是等同的。即在“自動調(diào)節(jié)”方式和“手動控制”方式下,比例伺服閥A和B都是一個工作、另一個備用。
當微機調(diào)節(jié)器選擇比例伺服閥A或B,切換閥也相應地使比例伺服閥A或B控制FC主配壓閥。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分利用了比例伺服閥A和B的冗余特性和互為備用的功能,明顯地提高了系統(tǒng)的可靠性。
當雙微機調(diào)節(jié)器均出現(xiàn)部分模塊故障時,這種交叉冗余控制結(jié)構(gòu)可以容忍兩個單機的不同名模塊故障情況(容錯),交叉構(gòu)成正常的調(diào)節(jié)器,使調(diào)速器能正常工作,實現(xiàn)真正的雙機冗余容錯結(jié)構(gòu),進一步提高調(diào)速器的可靠性。
1.3.1 結(jié)構(gòu)說明
機械液壓系統(tǒng)包括:雙比例伺服閥、主配壓閥、機械手動操作機構(gòu)、緊急停機閥組、過速限制器、分段關閉閥以及油壓裝置等。調(diào)速器正常運行是比例伺服閥控制回路,兩個并聯(lián)的比例伺服閥互為備用,分別可以用于自動和電手動兩種運行方式。調(diào)速器緊急停機功能是緊急停機閥組控制回路實現(xiàn)的,緊急停機可以手動操作、電動操作;調(diào)速器在機械柜斷電情況下,能夠自復中保持當前開度;并且在主配自復中狀態(tài)下,調(diào)速器可以純機械手動操作開機和關機。
1.3.2 雙比例伺服閥
比例伺服閥是電—液轉(zhuǎn)換器,它是一種電氣控制的引導閥,比例伺服閥的功能是把微機調(diào)節(jié)器輸出的電氣控制信號轉(zhuǎn)換為與其成比例的流量輸出信號,用于控制帶輔助接力器的液壓控制型主配壓閥。瀑布溝電站采用BOCHS公司提供的比例伺服閥,具有抗油污能力強,可靠性高等特點。
電氣控制信號為4~20 mA。當控制信號>12 mA,閥芯處于開機位,主配壓閥的控制腔通過此閥接通壓力油,接力器開啟;當控制信號<12 mA,閥芯處于關機位,主配壓閥的控制腔通過此閥接通回油,接力器關閉;當控制信號=12 mA,閥芯處于中間時,主配壓閥的控制腔關閉,接力器處于切換前的狀態(tài);當比例伺服閥發(fā)生故障時,閥芯處于故障位,主配壓閥的控制腔接通回油,接力器關閉。
正常情況下PLC A套控制比例伺服閥A,PLC B套控制比例伺服閥B,通過切換閥(見圖1)實現(xiàn)切換比例伺服閥A與B的交叉控制。
1.3.3 主配壓閥
瀑布溝電站采用帶有輔助接力器的、液壓控制式的主配壓閥,與其接口的是比例伺服閥。液壓控制型主配壓閥由閥體、主配壓閥活塞(含輔助接力器)與襯套以及開機和關機時間調(diào)整螺母等組成。
圖3 主配壓閥結(jié)構(gòu)示意圖
主配壓閥的輔助接力器為差壓式,控制腔(B腔)面積大約等于恒壓腔(A腔)面積的兩倍。來自于濾油器的壓力油一路進入FC閥的A腔,產(chǎn)生向右(關閉方向)推動主活塞的力;另一路進入比例伺服閥。比例伺服閥的工作腔連于B腔。
當比例伺服閥的工作腔通壓力油時,壓力油進入B腔,由于B腔的面積大于A腔,所以主活塞向左(開啟方向)運動,開啟腔窗口打開,接力器向開啟方向運動。
同樣可知,當比例伺服閥的工作腔通回油時,B腔通回油,由于A腔始終通有壓力油,所以主活塞向右(關閉方向)運動,關閉腔窗口打開,接力器向關閉方向運動。
閥芯正好在中位時,接力器靜止。
主配壓閥內(nèi)部有兩個直線位移傳感器,反饋主活塞的行程,分別給兩個比例伺服閥反饋信號。反饋的信號為±10V。
主閥閥體的左、右端裝有開機時間調(diào)整螺釘和第一段關閉時間調(diào)整螺母,可限制主配壓閥主活塞的最大行程,起到調(diào)節(jié)主配壓閥的輸出流量,從而,根據(jù)電廠的要求來整定接力器的開機時間和第一段關閉時間。鎖緊螺母能鎖定開關機時間,保證不變。復中腔、小活塞以及流道組成了復中機構(gòu),復中腔連通“斷電自復中閥”的工作腔,復中腔或通回油或通壓力油。復中腔通回油時,小活塞向右退出,如果此時主活塞受比例閥控制,則接力器處于自動和電手動運行工況;如果此時主活塞不受比例閥控制,則接力器朝關機方向運動。復中腔通壓力油時,小活塞將主活塞推至中間位置,關閉主配壓閥的油窗口,這時接力器停止運動主配復中。主配活塞的中間位置,是由螺母來調(diào)整的。
圖4 主配壓閥工作原理圖
1.3.4 緊急停機閥組
由兩個電動緊急停機電磁閥組成,其中一個加裝手動按鈕,便于運行人員操作。任意一個緊急停機電磁閥動作,一方面使復中機構(gòu)中的復中腔通回油,另一方面使急停聯(lián)動閥失壓,這時主配壓閥控制腔和復中腔均通回油,接力器關機。
1.3.5 過速限制器
過速限制器由事故配壓閥、電磁信號閥組成。電磁信號閥接收電氣過速信號,驅(qū)動事故配壓閥動作,切斷調(diào)速器的控制油路,直接關閉接力器,保護機組的安全。
1.3.6 分段關閉閥
當機組需要停機時,調(diào)速器操作導葉接力器開始進入關機工況,第一段關閉較快。當接力器關閉至拐點時,凸輪使分段關閉閥油路切換,對接力器的回油量起節(jié)流作用,導水機構(gòu)的關閉速度減慢,實現(xiàn)第二段慢關閉。另外,瀑布溝電站的2F、4F、6F機組接力器另設有節(jié)流孔,實現(xiàn)第三段慢關閉。
1.3.7 控制閥組濾油器
雙濾油器,一組工作另一組備用。兩組間切換時,可確保油路不中斷,調(diào)速器繼續(xù)工作,接力器無擾動。濾芯的濾油精度為:5μm。壓力油從主配壓閥進入濾油器,過濾后的油供給比例伺服閥濾油器裝有壓差發(fā)訊器,濾油器前后壓力差值大于0.4 MPa時,發(fā)出信號,提示運維人員切換并清洗濾油器。
1.3.8 油壓裝置
油壓裝置型號:YZ-16/2-6.3,油壓裝置由油泵、組合閥、壓力油罐、靜電油過濾循環(huán)裝置與回油箱組成。油泵共三臺,兩臺大泵,一臺主用,一臺備用,由于主配壓閥漏油過大,另外設置一臺增壓小泵,在機組運行過程中頻繁運行,補充主配漏油。
調(diào)速器C套死機,A、B、C三套之間存在通訊故障,在將調(diào)速器切換到“機手動”模式后重啟C套后,將調(diào)速器切回C套運行,由于C套導葉給定為0,造成機組溜負荷。在進行了詳細檢查及試驗后,聯(lián)系廠家對此程序已進行了修改,PLC重啟后,導葉給定要自動跟蹤當前導葉實際值。
(1)機組并網(wǎng)后,當測頻差值大于0.05 Hz,只延時0.1 s一次調(diào)頻就動作,將延時改到0.5 s后運行正常。
(2)A套在主用,測頻模塊故障,造成頻率在30~48 Hz之間波動,造成一次調(diào)頻長期動作,監(jiān)控無法調(diào)整負荷。更換測頻模塊后正常。
某機組主配壓閥油口在調(diào)試過程中受到損傷,致使漏油量增大?,F(xiàn)場試驗,主配壓閥漏油量約50 L/min,超過了廠家提供的主配壓閥漏油量為12 L/min的性能指標。油泵頻繁啟動,油溫升高,透平油粘度下降,增大了主配壓閥的漏油量,形成惡性循環(huán)。
更換調(diào)速器主配壓閥。經(jīng)過試驗,調(diào)速器切電手動,主配漏油量約7 L/min。
新機組投產(chǎn)后各部件磨合過程中會有一定的鐵屑等雜質(zhì)產(chǎn)生,此外未投產(chǎn)機組在施工過程中產(chǎn)生大量粉塵和焊灰,在此情況下由于油中的雜質(zhì)多造成某些部件發(fā)卡或油路不暢會造成搶、溜負荷現(xiàn)象。在回油箱中部設置濾網(wǎng),將調(diào)速器回油與油泵進油口隔開,回油箱設置的旁路濾油設備,半個月或一個月循環(huán)濾油一次,去除回油箱中的微型雜質(zhì),清潔油質(zhì),保證油泵泵入壓力罐的油質(zhì)精度在20μm左右。待全部機組投產(chǎn)后再酌情延長循環(huán)濾油周期。
瀑布溝電站比例伺服閥微機調(diào)速器自2009年12月投產(chǎn)時經(jīng)過現(xiàn)場的一系列試驗,順利通過帶負荷運行,其各項性能指標基本符合標準及設計要求。從近一年的運行情況看,調(diào)速器運行良好,性能穩(wěn)定。但是控制程序有一些小的缺陷,還有待運行中完善。
TK730.41
B
1672-5387(2010)06-0053-03
2010-10-08
張康(1983-),男,助理工程師,從事水電廠運行維護工作。