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长河坝水电站650 MW水轮发电机组防飞逸技术

2023-10-25 48 上传者：管理员

摘要：鉴于水电站利用水能发电的特殊性，水轮发电机组过速甚至飞逸后可能造成顶盖把合螺栓断裂、流道泄漏、水淹厂房等严重后果，本文全面介绍了长河坝水电站通过利用纯机械液压过速保护装置，使得机组过速状态下事故配压阀动作关机的同时，筒型阀与事故配压阀联动关机，极大地提高了机组过速防止飞逸的安全性和可靠性。可供同类型水电厂提高安全生产管理和设备可靠性参考。

关键词：
技术措施
水轮发电机组
流道泄漏
过速保护
防飞逸
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近年来，筒型阀在大中型水电站水轮发电机组设计中应用较为普遍，但是在机组过速状态下筒型阀动水关闭与事故配压阀联动关机的成功实践却并不多见。长河坝水电站在防止水轮发电机组过速飞逸的技术措施中，创造性运用纯机械液压过速保护器(TURAB)实现筒型阀动水关闭与事故配压阀联动关机，使得机组在过速状态下的事故关机可靠性非常高。本文之所以说该做法是具有“创造性”的运用，是因为在长河坝水电站水轮发电机组设计制造阶段，国家标准《水轮机筒型阀基本技术条件》(GB/T 30141-2013)还尚未发布实施。因而，本文通过比较全面地分析长河坝水电站防飞逸技术措施，对同类型水电站的建设运营、安全生产管理有指导作用。

1、工程简介

长河坝水电站是大渡河干流水电规划“三库22级”的第10级电站，其上游为猴子岩水电站，下游为黄金坪水电站。长河坝水电站是以发电为开发任务的一等大(1)型枢纽工程，电站采用水库大坝、首部式地下引水发电系统的开发方式，枢纽主要建筑物由砾石土直心墙堆石坝、地下引水发电系统、2条开敞式泄洪洞、1条深孔泄洪洞和1条放空洞等建筑物组成。电站最大坝高240 m, 总库容为10.75亿m3,总装机容量2 600 MW,安装4台单机容量为650 MW的立轴混流式水轮发电机组。该电站建设单位为四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，设计单位为中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，主机供货商为哈尔滨电机厂有限责任公司。

长河坝水电站四台水轮发电机组于2017年12月底全面投产发电。

2、长河坝水电站主要特性

2.1 水轮机主要参数

长河坝水电站水轮机主要参数见表1。

表1 水轮机主要参数

2.2 发电机主要参数

发电机的主要参数见表2。

表2 发电机主要参数

2.3 调速器主要特性

长河坝水电站调速器型式为具有PID调节规律的数字式微机调速器，微机调节器采用了贝加莱公司的PCC X20控制器，机械液压部分则选用了BOSCH公司的比例伺服阀作为电液转换单元，机械采用标准MDV/D系列掉电停机式主配压阀，主配压阀直径150 mm, 额定油压6.3 MPa, 接力器行程656 mm。调速器供货商为南京南瑞集团公司。

2.4 引水系统特性

电站引水系统采用单元供水的形式，每台机采用压力隧洞加压力钢管引水的形式，其中1号机组压力管道最长，约为657 m, 4号机组压力管道最短，约为544 m, 每台机组进水口依次设置有检修闸门、快速闸门、在活动导叶与固定导叶之间设有筒型阀。尾水系统采用2台机共用一个尾水调压室和一条尾水洞的布置方式，即两机一室一洞的出水形式。

3、机组转速信号来源

机组调速器转速测量系统由齿盘测速和残压测速两种测量方式组成，齿盘测速方式由安装在水轮机主轴上的齿盘和2只用于2个微机调节器的测速探头组成。齿盘测速系统的测量范围不小于2～90 Hz, 测频分辨率不大于±0.001 5 Hz。残压测速方式采用取自发电机出口PT的残压，系统频率取自主变压器低压侧电压互感器PT。调速器的每套调节器均能接受一路独立的机端PT信号和一路独立的主变压器低压侧PT信号。残压测速信号可保证在水轮发电机组的各种运行工况下满足调速器对转速信号的要求。

4、机组事故停机和紧急事故停机流程框图

水轮发电机组事故停机是指机组及其辅助设备发生水力机械事故时，快速减负荷将导叶关至空载位置，然后跳闸、灭磁、停机的过程[1]。紧急事故停机是指机组发生过速等事故时紧急停机的过程。紧急停机一般由事故配压阀等装置关闭导叶，快速关闭进水口事故闸门(快速门或主阀),同时直接作用于跳闸、灭磁、停机[1]。

长河坝水电站机组事故停机及紧急事故停机流程框图如图1所示。

图1 长河坝水电站事故停机和紧急事故停机流程框图

5、防止机组飞逸的技术措施

5.1 水机一级过速保护

该保护动作条件有三个，一是导叶未全关(非停机态);二是机组转速上升至115%Ne一级过速触点动作；三是主配压阀拒动，即主配压阀不动时间超过0.2 s。该保护动作，调速器的紧急事故停机电磁阀带电，导致维持主配压阀阀芯保持在开机腔的压力油直接和回油接通，主配压阀阀芯向关机侧移动，使得主配压阀的油路得以切换，导叶接力器关腔和主配压阀的压力油口接通，同时导叶接力器开腔和主配压阀的回油口接通，主配压阀动作关机。

5.2 153%Ne电气二级过速保护

该保护也通俗地称作电气二级过速保护，其动作条件是转速上升至153%Ne二级过速触点动作。保护动作后事故停机电磁阀带电，使得维持事故配压阀阀芯保持在开机位的控制油直接和回油接通，事故配压阀阀芯向关机侧移动，使得事故配压阀的油路切换，导叶接力器关腔和事故配压阀的压力油口接通，同时导叶接力器开腔和事故配压阀的回油口接通，事故配压阀关闭使得导叶接力器关闭，实现机组停机。

5.3 动水关闭筒型阀

1)长河坝水电站设置筒型阀的必要性分析。由于长河坝水电站机组水头范围处于中高水头，并且为大型机组，活动导叶分布圆直径高达7.772 m, 设置筒型阀可以有效降低机组长时间停机时导叶的漏水量。同时筒型阀安装位置位于活动导叶和固定导叶之间，并且筒型阀具有动水关闭的性能，事故状态下，筒型阀动水关闭可实现快速、有效切断转轮进口压力水流，进而实现防止机组飞逸的目的。

2)长河坝水电站筒型阀动水关闭特性。长河坝水电站筒型阀液压控制系统主要由主控阀台、线性分流器、六个直缸接力器、缸旁阀块、油压装置及控制柜等设备组成，液压系统具有良好地速动性和纠偏性，并且筒型阀液压控制系统具备与纯机械液压过速保护器(TURAB)155%Ne动作时联动的性能，即纯机械液压过速保护器(TURAB)155%Ne动作后，使得调速器系统中的事故配压阀动作关机的同时，也同时启动筒型阀液压系统关闭回路，使得筒型阀动水关闭。长河坝水电站现场试验证明，筒型阀具有良好地动水关闭性能，并且在机组155%Ne过速时，能购与事故配压阀联动关机。具体联动的工作原理不是本文讨论的重点，这里就不再赘叙。

5.4 纯机械液压过速保护装置(TURAB)

长河坝电站该保护动作的整定值为155%Ne。瑞典图拉博(TURAB)纯机械液压过速保护装置在国内已有近30年的使用经验，该装置因其特有的结构设计和工艺，具有性能可靠、精度高等特点，有效地杜绝了传统电气保护方式中电气元件参与过速保护以及完全依赖电源来动作的缺点。该装置的主要部件是由一个过速摆和一个二位三通的机控液压阀(换向阀)组成，过速摆是TURAB纯机械过速保护装置的转速探测装置，机组正常运行时，过速摆内的柱塞被弹簧预紧力压紧在腔室内，当机组过速时使得柱塞受到的离心力大于弹簧预紧力(即预设的过速保护定值)时，过速摆中的柱塞会在离心力的作用下伸出，并触动液压阀的触动臂，使得液压阀的油路切换。长河坝水电站TURAB纯机械过速保护装置的液压阀采用的是常态带压、动作后失压的型式，液压阀动作后，维持事故配压阀保持在开机态的控制油泄压，使得事故配压阀关机的同时，联动触发筒型阀液压控制系统中的液控阀，使得筒型阀联动关闭。

5.5 动水关闭进水口快速闸门

快速闸门也就是具有快速关闭需要的事故闸门，而事故闸门是指闸门的下游(或上游)发生事故时，能在动水中关闭的闸门[2]。电站试验证明，长河坝水电站进水口快速闸门具有良好地远程或现地动水关闭性能，能够可靠、有效地作为防止机组飞逸、水淹厂房等事故的控制措施。

6、结语

本文通过全面分析长河坝水电站机组防飞逸的各项技术措施，结合电站运行实践经验，比较全面介绍了长河坝水电站通过利用纯机械液压过速保护装置，使得机组过速状态下事故配压阀动作关机的同时，筒型阀与事故配压阀联动关机，极大地提高了机组过速防止飞逸的安全性和可靠性。鉴于水电站利用水能发电的特殊性，水轮发电机组过速甚至飞逸后可能造成顶盖把合螺栓断裂、流道泄漏、水淹厂房等严重后果，因此本文所述的防止机组飞逸的技术措施，也可以作为水电站防止水淹厂房重大事故预防的一部分，供同类型水电厂在提高安全生产管理和设备可靠性方面参考。

参考文献:

[1]DL/T1969-2019,水电厂水力机械保护配置导则[S]

[2]NB35055-2015,水电工程钢闸门设计规范[S]

文章来源:王建.长河坝水电站650 MW水轮发电机组防飞逸技术[J].水电与新能源,2023,37(10):57-59.