姚建中
(中國電建集團(tuán)海外投資有限公司,北京 100048)
南歐江一級(jí)水電站位于老撾境內(nèi),為南歐江流域7個(gè)梯級(jí)水電站的最末一級(jí),電站布置有4臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量180MW,于2020年全部投產(chǎn)發(fā)電。根據(jù)運(yùn)行需求,重錘作為燈泡貫流機(jī)組在調(diào)速器發(fā)生故障無法工作或者壓力油罐失壓時(shí),通過重力關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉的最后手段,水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)進(jìn)行動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn),驗(yàn)證重錘關(guān)機(jī)裝置能否安全、可靠的關(guān)閉導(dǎo)葉,從而使機(jī)組停機(jī)。
機(jī)組主要參數(shù)如下。
機(jī)組型式:燈泡貫流式。
機(jī)組容量:45MW。
額定水頭:16m。
轉(zhuǎn)輪直徑:5850mm。
調(diào)速器工作油壓:6.3MPa。
重錘重量:約31t。
調(diào)保計(jì)算導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間:第一段(100%~40%開度)關(guān)閉時(shí)長3.6s,第二段(40%~0開度)關(guān)閉時(shí)長7.2s。
空轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開度:9%(H=17m)。
額定負(fù)荷導(dǎo)葉開度:約68%(H=17m)。
根據(jù)主機(jī)設(shè)備廠提供的《重錘關(guān)機(jī)原理》及《機(jī)組事故停機(jī)流程圖》,正常情況下,機(jī)組導(dǎo)葉通過調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)和關(guān)閉。本試驗(yàn)通過相應(yīng)的臨時(shí)措施,在重錘關(guān)機(jī)裝置投入關(guān)閉后,使導(dǎo)葉主配居中不動(dòng)作,從而達(dá)到切斷導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和關(guān)閉的油壓,導(dǎo)葉接力器開腔與調(diào)速器回油箱直接連通回油,導(dǎo)葉接力器關(guān)腔直接從調(diào)速器回油箱補(bǔ)油,導(dǎo)葉僅在重錘的重力作用下關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)了在動(dòng)水情況下,無油源關(guān)閉導(dǎo)葉即機(jī)組關(guān)機(jī)的測試。液壓原理圖如1。
機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí),自機(jī)械過速保護(hù)裝置的壓力油控制重錘卸荷閥動(dòng)作,插裝閥2開啟,插裝閥1關(guān)閉,卸除接力器開腔的油壓,接力器開腔與調(diào)速器集油箱直接相通。此時(shí),接力器關(guān)腔即使失去調(diào)速器主配提供的油壓(如主配拒動(dòng)),那么導(dǎo)葉也會(huì)在重錘的作用下關(guān)閉,關(guān)腔支管上的單向閥自動(dòng)開啟,直接由調(diào)速器集油箱向接力器關(guān)腔補(bǔ)油,由重錘操作導(dǎo)葉關(guān)閉完成停機(jī)。重錘操作導(dǎo)葉動(dòng)作的油流路徑如圖1中紅線所示。
圖1 操作油的正常路徑(藍(lán)色)與機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)的路徑(紅色)
動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)的必要條件首先是機(jī)組在靜態(tài)情況下完成重錘關(guān)機(jī)裝置、機(jī)械過速保護(hù)裝置的調(diào)試,各項(xiàng)調(diào)試結(jié)果自動(dòng)控制流程正常;機(jī)組完成甩負(fù)荷試驗(yàn),符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求;另外,由于動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)過程中僅由重錘作用關(guān)閉導(dǎo)葉,為了保證設(shè)備安全,調(diào)整機(jī)組事故停機(jī)程序,具有機(jī)組過速自動(dòng)保護(hù)功能。
(1)根據(jù)機(jī)組甩50%、75%額定負(fù)荷試驗(yàn)成果,轉(zhuǎn)速上升即達(dá)到125.7%和135.4%額定轉(zhuǎn)速,將轉(zhuǎn)速表上115%信號(hào)設(shè)定值調(diào)整為140%,避免調(diào)速器現(xiàn)地狀態(tài)下,由“轉(zhuǎn)速115%額定轉(zhuǎn)速+主配拒動(dòng)”提前觸發(fā)“緊急事故停機(jī)令”,導(dǎo)致試驗(yàn)失敗,同時(shí)具有過速保護(hù)功能。
(2)監(jiān)控程序臨時(shí)屏蔽“重錘卸荷閥動(dòng)作”引起監(jiān)控程序“緊急事故停機(jī)”命令開出的“調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作”命令。
(3)臨時(shí)增加“電氣事故、機(jī)械事故、轉(zhuǎn)速140% Ne、轉(zhuǎn)速150%Ne 、轉(zhuǎn)速155%Ne”等信號(hào),開出“調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥”信號(hào)。
動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)試驗(yàn)首先進(jìn)行靜水試驗(yàn),驗(yàn)證重錘關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間和調(diào)速器油壓關(guān)閉時(shí)間相近,確認(rèn)試驗(yàn)的可行性;然后依次進(jìn)行空載狀態(tài)、小負(fù)荷試驗(yàn)、大負(fù)荷試驗(yàn),逐步增加導(dǎo)葉開度試驗(yàn),以驗(yàn)證試驗(yàn)方案可靠性,并保證設(shè)備安全。
流道靜水時(shí),在導(dǎo)葉不同開度情況下,測試重錘關(guān)閉導(dǎo)葉情況及時(shí)間測試。導(dǎo)葉開度給定分別設(shè)置為:9%(空載態(tài)開度)、47%(50%負(fù)荷開度)、70%(100%負(fù)荷)、100%(全開),啟動(dòng)水輪機(jī)仿真測試儀錄波,試驗(yàn)并記錄以下工況下導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律如表1。
表1
經(jīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,純重錘關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間和調(diào)速器液壓關(guān)閉導(dǎo)葉時(shí)間吻合,偏差較小,可以進(jìn)行后續(xù)動(dòng)水試驗(yàn)。
機(jī)組開機(jī)至空載態(tài),運(yùn)行穩(wěn)定后調(diào)速器切入手動(dòng)狀態(tài),手動(dòng)投入重錘卸荷閥,確認(rèn)電氣控制程序正確(試驗(yàn)過程中不投入關(guān)腔油壓);監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機(jī)”命令,啟動(dòng)停機(jī)流程,在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度,當(dāng)導(dǎo)葉開度無明顯下降時(shí),手動(dòng)投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥,確認(rèn)導(dǎo)葉全部關(guān)閉,完成停機(jī)。試驗(yàn)結(jié)果如表2。
表2
測試目的:試驗(yàn)重錘關(guān)閉導(dǎo)葉。
機(jī)組正常開機(jī)帶負(fù)荷至4MW,運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后,調(diào)速器切入手動(dòng)狀態(tài),投入重錘卸荷閥,監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機(jī)”命令,跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器、滅磁開關(guān),啟動(dòng)停機(jī)流程;在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度,當(dāng)導(dǎo)葉開度無明顯下降時(shí),投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥,確認(rèn)導(dǎo)葉全部關(guān)閉,完成停機(jī)。
圖2
表3
機(jī)組正常開機(jī)至帶50%額定負(fù)荷,運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后,調(diào)速器切入手動(dòng)狀態(tài),投入重錘卸荷閥,監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機(jī)”命令,跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器、滅磁開關(guān),啟動(dòng)停機(jī)流程,在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度,當(dāng)導(dǎo)葉開度無明顯下降時(shí),投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥,確認(rèn)導(dǎo)葉全部關(guān)閉,完成停機(jī)。
圖3
表4
鑒于老撾電網(wǎng)容量較小,調(diào)度中心未允許繼續(xù)增加負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn),但所取得的試驗(yàn)結(jié)果已可以驗(yàn)證重錘可以在調(diào)速器失靈的情況下將導(dǎo)葉關(guān)閉,保證設(shè)備安全。試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)檢查,并將監(jiān)控程序和定值設(shè)置恢復(fù)至正常狀態(tài)。
(1)機(jī)組靜態(tài)調(diào)試和靜水純重錘關(guān)閉導(dǎo)葉的時(shí)間與機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)基本吻合,測試是動(dòng)水試驗(yàn)的必要過程和保證試驗(yàn)安全的先決條件。
(2)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及臨時(shí)控制程序的設(shè)置既保證了試驗(yàn)的有效性,確保了試驗(yàn)過程中接力器關(guān)腔無油壓,實(shí)現(xiàn)了純重錘關(guān)機(jī),同時(shí)考慮了多重自動(dòng)、手動(dòng)保護(hù),保證機(jī)組可靠停機(jī)。
(3)重錘的重量是動(dòng)水重錘關(guān)機(jī)的主要因素,在設(shè)備訂貨期間,應(yīng)根據(jù)模式試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合現(xiàn)場布置空間,詳細(xì)計(jì)算導(dǎo)葉關(guān)閉的水力矩和摩擦力矩,復(fù)核重錘的重量,并留有一定裕量,以保證燈泡貫流機(jī)組的運(yùn)行安全。