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西霞院水电站机组调速器改造及串油分析

2025-01-05 108 上传者：管理员

摘要：西霞院反调节水电站调速器系统事故油源不能投运，存在安全隐患，影响了机组的安全稳定运行。对调速系统管路进行优化改造：调整事故配压阀控制级的供油接口位置并增加相应的检修阀门，在事故配压阀的回油管段上增设事故配压阀主回油阀门和事故配压阀控制级回油阀门，并将事故配压阀主回油管路与主回油箱部分管道相连，增加检修阀门。经改造，解决了阀组串油问题，消除了主用油源失效时事故油源不能投运的安全隐患。

关键词：
串油分析
小浪底水利枢纽
改进措施
西霞院水电站
调速器改造
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西霞院水利枢纽工程是黄河小浪底水利枢纽的配套工程，位于小浪底坝址下游16 km处的黄河干流上，以反调节为主，结合发电，兼顾供水、灌溉等综合利用，再将小浪底水库下泄的不稳定水流变成稳定水流，保证黄河河道不断流的同时，还从根本上消除了小浪底水电站调峰对下游河道的不利影响，对生态、环境保护和工农业生产用水有着至关重要的作用。电站安装4台单机容量35 MW的竖轴轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量140 MW，年利用小时数4 164 h；最高水头14.35 m，最低水头5.83 m，额定水头11.5 m，电站保证出力45.6 MW，多年平均发电量5.83亿kW·h。

1、调速系统改造背景及改造范围

西霞院反调节水库水轮机调速系统投入运行已十余年，设备逐渐老化，存在调节品质差，动态品质不合格，无冗余配置，调节控制功能单一；主配压阀、事故配压阀、分段关闭阀等均存在不同程度的内漏、外漏现象，事故油源不能投运，主用油源失效时有较大安全隐患，影响了西霞院机组的安全稳定运行。为进一步提升调速器的自动化程度和可靠性，将西霞院反调节水库水轮机调速器由原来的武汉事达公司生产的DFWST-100-6.4型全数字微机调速器改造为长江三峡能事达电气股份有限公司的MGC3004S型号调速器，主要从以下方面实施了更新改造：1）调速器电气柜整体更换，配备冗余热备的微机调节器、高速计数模块、输入输出及通信组件等。2）调速器机械柜整体更换，将柜内电液转换单元、手动操作、先导滤油、紧急停机回路以及其他集成阀组附件等进行整体更新改造。3）主备用切换阀、两段关闭阀及相关管路改造。将原主备用切换阀拆除采用管路替代。机组分段关闭仅靠电气控制。4）事故配压阀改造。事故配压阀整体更换，采用模块式集成化布置形式，串接在主配压阀与导叶接力器之间的控制油管上。改造后的事故配压阀由事故油源单独供油，当机组出现过速或主油源降至事故低油压时，事故配压阀动作，切断调速器的控制油路，直接将事故油罐压力油源接入接力器关腔进行紧急事故停机。5）事故油源恢复使用。取消原事故油源切换阀，保留原事故压力油罐，在水轮机层增设一套独立的事故回油箱、油泵及其控制系统，专门向事故油罐建压。事故油罐出口设计两个独立阀门，分别向9、10号机组事故配压阀供油。

2、改造后的调速系统简介

西霞院发电机组调速器系统的控制、操作油源，在正常情况下由机组主用压油装置提供，每台机组主用压油装置设置2台压油泵、1个主用压力油罐。2台机组共用一个事故油罐，当主用压力油罐油源供油异常时，由事故油罐为机组提供压力油源，另一台机组压油装置压油泵向事故油罐供油，维持事故油罐压力正常。在机组正常运行时，改造后的事故配压阀4组阀芯受到控制油源的作用，导叶关腔与导叶开腔阀芯处于常开状态，事故供油与事故回油阀芯处于常闭状态。

事故配压阀1号阀作用为在事故配压阀动作后将接力器开腔的油排至事故油罐回油箱，正常运行时常闭；2号阀作用为正常运行状态下，开导叶时将机组油罐压力油引至导叶接力器开腔，关导叶时将导叶接力器开腔排油至机组回油箱，正常运行时常开，事故配压阀动作后关闭；3号阀作用为在事故配压阀动作后将事故油罐压力油引至接力器关腔，正常运行时常闭；4号阀作用为正常运行状态下，关导叶时将机组油罐压力油引至导叶接力器关腔，开导叶时将导叶接力器关腔排油至机组回油箱，正常运行时常开，事故配压阀动作后关闭。

改造后的事故配压阀在机组运行过程中出现机组过速115%、机组过速153%及主配压阀拒动、机组过速157%触动过速保护装置3种情况之一时，事故配压阀电磁阀动作，4组阀芯控制油源迅速切换，将导叶关腔与导叶开腔阀芯关闭，事故供油与事故回油阀芯打开，将事故油罐压力油源接入接力器关腔，关闭导叶实现紧急事故停机。

新改造的事故配压阀控制油源取自事故油罐，事故油罐的压力控制1、2、3、4个阀组的状态。事故配压阀组原理见图1。

图1事故配压阀组原理

3、案例分析

3.1 停机备用状态下串油分析

2023年10月20日10号机组处于停机备用状态，当2号事故油罐泄压至3 MPa时，监控系统报出“2号事故油罐油位高”和“10号机组压油装置回油箱油位低”警报，运行值班人员现场检查发现10号机组高压油罐压力降至5.3 MPa,2号事故油罐油位高、10号机组回油箱油位低。2号事故油罐泄压过程中，10号机组压力油罐的油进入2号事故油罐。立即暂停2号事故油罐泄压操作，关闭10号机组调速器事故供油电动阀，油路阀门关闭后不再串油，继续泄压。

事故压油罐泄压后全关事故油罐至事故配压阀主供油阀，事故配压阀控制油管内存有部分残存油压，可暂时保持事故配压阀正常运行，但阀组内漏，控制油路存压将逐步减小，事故配压阀处于不稳定状态。1号阀阀芯开度逐步增大，最终导致事故配压阀4个插装式锥阀状态完全失去控制，导叶开腔阀芯（2号阀）与事故回油阀芯（1号阀）相邻，事故回油阀芯在失去控制油源后开启，导致机组调速器主油源通过导叶开腔阀芯、事故回油阀芯、事故回油管路不断向事故回油箱串油。

机组正常停机状态下，当事故油罐失压后，事故配压阀3号阀下控制腔（⑧号腔）失压，4号阀上控制腔（③号腔）失压，事故配压阀处于失控状态，3号阀、4号阀阀芯将同时处于落下状态，造成机组油罐压力油通过事故油罐导叶关腔供油管串油至事故油罐。主配压阀剖面见图2。

图2主配压阀剖面

3.2 机组运行过程中串油分析

2023年10月21日检修人员将10号机组回油箱和2号事故油罐恢复至正常油位，10号机组调速器事故供油阀保持在全关状态。运行人员恢复10号机组压油泵安全措施，将10号机组压油罐调整至正常油位。10月23日早，10号机组并网运行，17时许监控系统报“10号机组油压装置压力油罐低油压”“10号机组油压装置压力油罐低油位”“10号机组压油罐事故低油压，10号机组机械事故停机”。

机组正常开机状态下，事故油罐失压后，事故配压阀1号阀下控制腔（⑧号腔）失压，2号阀上控制腔（③号腔）失压，事故配压阀失去可控状态，1号阀、2号阀阀芯将同时处于落下状态，造成机组油罐压力油通过事故油箱回油管串油至事故油箱。

由此可以得出：当事故油罐泄压后，相关机组将无法正常运行，需保持停机状态，防止机组油罐串油至事故回油箱；全关事故油罐至事故配压阀供油阀，防止机组停机状态下油罐串油至事故油罐。

4、串油改进措施

西霞院工程机组9、10号机调速系统改造后，事故控制压力油、事故主压力油均来自同一管道且受控于同一阀门。西霞院9、10号机组调速系统共用一个事故油罐，当运维人员对其中一台机组事故配压阀或者事故油罐进行检修时，需要关闭事故压力油主阀门切断另一台机组（或两台机组）的事故压力油源，在恢复事故压力油时易出现事故配压阀主阀芯抖动，导致事故配压阀压力腔、回油腔主阀的阀芯短暂开启，造成串油现象。

为解决上述问题，对调速系统管路进行优化：调整事故配压阀控制级的供油接口位置并增加相应的检修阀门，在事故配压阀的回油管段上增设事故配压阀主回油阀门和事故配压阀控制级回油阀门，并将事故配压阀主回油管路与主回油箱部分管道相连，增加检修阀门。

改造后，机组检修完成恢复事故压力油源时，先开启事故控制级压力油检修阀门，确保事故配压阀控制级优先建压完成，使事故配压阀各阀芯位置保持稳定；再开启事故主压力油阀门，按此顺序操作事故配压阀，其主阀芯不会出现抖动现象，事故配压阀压力腔、回油腔主阀阀芯始终保持关闭状态，不会出现串油现象。事故配压阀回油管段上增设的检修阀门可将事故配压阀与事故回油箱部分（含回油管道）快速切断，减少临时检修过程的管道排油工作，有效缩短检修时长，有效降低检修难度。总回油阀门至主回油箱的检修阀门的配合使用，可选择性将事故配压阀的回油（含事故控制回油）引入主回油箱，有助于特殊情况下将事故配压阀回油引入主回油箱，保持主回油箱与事故回油箱储油量的平衡。通过对调速器系统油管路进行上述改造后，机组运行期间再未出现阀组串油现象。

5、结束语

本文介绍西霞院电站机组新改造的调速器系统，总结分析串油原因，针对阀组串油提出改进措施并加以实施，解决阀组串油问题，消除主用油源失效时事故油源不能投运的安全隐患。新的调速器系统在今后的运行过程中是否存在其他问题，还需要继续探索，提出新的应对措施。

文章来源:刘婉,陈建祥,刘益伟.西霞院水电站机组调速器改造及串油分析[J].人民黄河,2024,46(S2):102-103.