水電站設置全油壓控制調壓閥的探討

   時間:2014-03-11 14:35:10
水電站設置全油壓控制調壓閥的探討簡介
    在水電站運行中,當水輪發電機組突然甩負荷時,調速器自動控制水輪機快速關閉導葉,壓力管道內產生水壓和機組轉速上升.對於壓力引水管道較長的電站,改變導葉關閉……
水電站設置全油壓控制調壓閥的探討正文
  在水電站運行中,當水輪發電機組突然甩負荷時,調速器自動控制水輪機快速關閉導葉,壓力管道內產生水壓和機組轉速上升.對於壓力引水管道較長的電站,改變導葉關閉時間,有時不能同時使壓力和轉速上升都控制在允許的範圍之內.為時,通常採用設置調壓井或調壓閥等方法來解決壓力和轉速上升的矛盾,保證電站安全運行.但設置調壓井需要較大的投資和較長的工期,而有些電站限於地形、地質條件,還難於建造調壓井,因此對於這一類中小型電站採用調壓閥方案具有較明顯的優勢.   
   目前生產的全油壓控制TFW型調壓閥具有和導葉液壓聯動的特點,安全可靠、投資少、工期短等優勢.從上個世紀80年代以來國內已有近百座水電站設計中取消了調壓井,採用TFW型全油壓控制調壓閥,還沒有發生一起安全事故.浙江的金坑、宣平溪等水電站已經安全運行了多年,即使是發達國家,如挪威在水電站中也大量使用調壓閥來代替調壓井(額定水頭為158m、單機容量60MW的TJΦRHM水電站就是一個例子).   
   現就調壓閥的液壓原理、特點、過渡過程等作如下闡述.?   
   1、全油壓控制調壓閥液壓原理
   全油壓控制TFW型調壓閥基本動作是:快速開啟,緩慢關閉;小負荷變化時,調壓閥不動作;甩較大負荷時,調壓閥開啟,並具有導葉兩段關閉的性能;增負荷時,調壓閥不起作用.   經過改裝的調速器特殊主配壓閥和調壓閥的液壓控制系統見圖1,其特點是全部採用壓力油直接進行控制和操作,其液壓原理如下:
   (1)機組負荷不變時.主配壓閥活塞在「平衡位置」,壓力油通過P1腔經過節流閥A後進入調壓閥接力器關閉腔TG,調壓閥開啟腔TK通排油腔O2.由於調壓閥關閉腔的壓力大於閥盤上的水推力,故調壓閥處於關閉位置.如果調壓閥本來已經打開,就向關閉側運動.   
   (2)機組減少量負荷時(約機組額定出力的15%以內).由於主配壓閥上移量較小,處於「減部分負荷」位置,僅有少量壓力油從P1腔經節流閥A後進入導葉接力器關閉腔JG腔而緩慢關閉導葉,調壓閥關閉腔壓力略微減少,但仍大於閥盤上的水推力,調壓閥開啟腔TK通排油腔O2,故調壓閥保持關閉狀態.   
   (3)當機組瞬時甩較大負荷時(大於機組額定出力的15%以上).主配壓閥活塞上移量較大,處於「甩較大負荷」位置,大量壓力油直接經過TK腔進入調壓閥接力器開啟腔,調壓閥快速開啟,而調壓閥關閉腔TG與導葉接力器關閉腔JG連通,導葉接力器開啟腔JK通排油腔O2,導葉快速關閉.所以調壓閥快速開啟,導葉快速關閉,兩者是協聯同步的,滯后時間為零.   
   (4)當機組增負荷時.主配壓閥活塞下移,處於「增負荷」位置,壓力油P1直接進入導葉接力器開啟腔中,調壓閥關閉腔壓力略微減少,但仍大於閥盤上的水推力,調壓閥開啟腔TK通排油腔O2,故調壓閥保持關閉狀態.   
   (5)導葉兩段關閉裝置.在調壓閥開始快速開啟時,受節流閥C的限制,油壓迅速升高,油壓逆止閥開啟,調壓閥關閉腔TG的壓力油進入導葉接力器關閉腔JG,多餘的油量經節流閥D回至調速器回油箱,故調壓閥開啟速度加快,提前開到限位環所限制的位置,此時導葉接力器未處於全關位置,只能通過少量來自節流閥A的壓力油緩慢關閉,從而起到導葉分兩段關閉的功能.   
   (6)如果調壓閥失靈,機組只能通過節流閥A的少量壓力油慢速關閉,以保證引水管道壓力上升不超過允許值.   
   (7)各節流閥的作用.①節流閥A:整定調壓閥失靈時導葉慢關時間,也定了調壓閥的關閉時間;②節流閥C:整定油壓逆止閥的開啟壓力,以保證逆止閥迅速開啟;③節流閥D:整定導葉兩段關閉的拐點位置.   
   2、調壓閥特性   
   國內現有全油壓控制調壓閥按直徑和水頭共分7個品種,主要由四川夾江水工機械廠和重慶水輪機廠生產,主要參數見表1.   
   (1)結構特點.TFW型調壓閥的本體帶導葉消能和補氣的閥殼、錐型或圓形的閥盤、平衡腔、接力器、引導油腔、活塞行程限制環、進排水管和補氣閥等組成.接力器及引導油腔直接與閥殼連成整體,體積小,結構簡單,布置緊湊.   
   (2)流量特性.根據調壓閥的閥塞類型和Yx/Dx值查詢單位流量Q1x′見表2,由此得到調壓閥的相應流量Q=,從而可以繪製出各種調壓閥的開度與流量關係曲線.   
   (3)操作特性.調壓閥最低操作油壓的範圍一般在1.3~2.0MPa之間,並隨著調壓閥工作水頭的提高而提高,最高的操作壓力一般為2.5MPa.   
   (4)布置要點.調壓閥的布置應儘可能不增加機組間距和跨度,並與調速器、進水閥等協調布置.對於立式機組,一般布置在蝸殼進口前或蝸殼進口段上,對於卧式機組一般布置在水輪機進水閥后蝸殼進口前的鋼管上.調壓閥的泄流方式應考慮消能效果,儘管水流通過調壓閥后消除了大部分能量,但仍應考慮剩餘能量的消除.
   3、設置調壓閥電站的過渡過程   
   假定水輪機、調壓閥的流量與時間呈線性關係,而且互相匹配很好,因而整個引水系統的流量也呈線性關係變化.設置調壓閥后的調節特性和流量與時間的變化見圖2所示.圖中實線1為導葉快速關閉過程線;虛線2為調壓閥拒動時導葉慢關閉過程線;點劃線3為調壓閥啟閉過程線.為了控制水輪機轉速的升高,拐點流量Qg一般選擇在空載開度附近,因此水輪機沒有多餘的能量使機組轉速繼續上升.同時要限制水壓的升高,機組流量的減少應控制在一定的範圍內.

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