六喷六折冲击式调速器在田湾河流域梯级水电站中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第３期　２　０　０　８年６月　四川水力发电　Ｖ０１．２７．Ｎｏ．３　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｊｕｎ．，２　０　０　８　六喷六折冲击式调速器在田湾河流域　梯级水电站中的应用　李汶青，　邓国琦　（四川川投田湾河有限责任公司田湾河水力发电总厂，四川成都６１００１５）　摘要：针对亚洲水头最高，容量最大的单机六喷六折冲击式调速器在田湾河流域梯级水电站中的成功应用，重点介绍了其　结构新颖，控制先进，功能完备，可靠性高等特点，预示着更高水头、更大容量的冲击式机组将在国内得到应用和推广。　关键词：水轮机；冲击式；调速器；田湾河；水电站　中图分类号：ＴＶ７３４：ＴＶ７３７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００１－２１８４（２００８）０３－００６２－０４　１概述　ＷＣＴ－６／６－６．３型冲击式调速器液压控制系统　由一个电气柜和整装在一个回油箱上的六套相对　田湾河是大渡河右岸的一级支流、发源于贡　嘎山西侧，流经甘孜州康定县和雅安市石棉县，从　巴王海至河口全长４８　ｋｍ，天然落差２　１２０　ｍ，河　独立的液压控制系统组成。调速器机械柜主要由　总紧急停机电磁阀和六套相对独立的电磁液动换　向阀、比例伺服阀，液控单向阀，双单向节流阀等　液压元件组成，够起到防尘、防水、防油的目的。　机械柜内的端子排主要用于机械液压本体与电气　道平均比降４４．２‰。该河流水量丰沛，落差集　中，宜于梯级开发，是四川省水力资源相当优越、　尚未开发的一条中型河流。流域按“一库三级”　进行开发，总装机容量７６万ｋＷ。三级电站分别　为仁宗海电站（落差６１０　ｍ，装机容量２４０　ＭＷ）、　柜相连接，使电气信号能够很顺利的控制喷嘴和　折向器的开度。　该套调速器机械及油压装置为一体，布置在　水轮机层。设单独的电气柜，布置在发电机层。　该系统所有管道均集成在回油箱中，表面无漏油。　其主要液压元件有：紧急停机电磁换向阀，电磁液　动换向阀、主液控阀，液控单向阀，双单向节流阀　金窝电站（落差６１５　ｍ，装机容量２８０　ＭＷ）和大发　电站（落差５１３　ｍ，装机容量２４０　ＭＷ）。　流域水电站均采用武汉事达电气股份有限公　司生产的ＷＣＴ－６／６－６．３型冲击式调速器，包括电　气柜、机械本体、紧急停机阀等。　２该冲击式调速器的优点　等，其喷嘴控制油管路情况见图１。　该调速器以ＰＩＤ调节规律为基础，具有频率　调节、功率调节、流量（开度）调节、频率自动跟　踪、自诊断、容错、根据机组出力自动切换喷嘴数、　能在现地和远方进行机组的自动、手动开、停机和　事故停机等自适应功能。　该流域第一台机组自投入运行以来，六喷六　ｗ　折冲击式调速器工作运行非常正常，其相关的各　项技术指标均达到水轮机调速器《ＧＢ／Ｔ９６５２．２—　１９９７｝的规定要求。该型设备属创新产品，其结　构新颖，控制过程先进，功能完备，运行可靠性高，　能够确保机组本身的安全运行，可以最大限度地　提高机组的综合经济效益，其具有以下优点：　（１）结构新颖。　收稿日期：２００８－０４．１８　１　串＝＝　关　开　喷针接力器　图１　喷嘴控制油管路示意图　调速器电气柜采用美国ＧＥ公司ＷＩＮＤＯＷＳ　ＮＴ　Ｐｅｎｔｉｕｍ　ＣＰＵ系列可编程控制器，其主机形式　圈Ｓｉｃｈｕａｎ　ＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ　维普资讯 http://www.cqvip.com 李汶青等：六喷六折冲击式调速器在田湾河流域梯级水电站中的应用　２００８年第３期　为３８３Ａ４１５６　Ｐ００５５；输入输出模块为：３８３Ａ４１５６　时采集、整理、计算、输出电气控制信号，按照预先　Ｐ００３２（４８点输入、２４点输出）；模拟量输入模块　设定的逻辑关系分别作用于相应阀组的电磁液压　为：３８３Ａ４１５６　Ｐ００５８（２４路４～２０　ｍＡ输入、８路　换向阀和比例伺服阀，再通过电磁液压换向阀和　４～２０　ｍＡ输入）；组合输入输出综合模块为：　比例伺服阀等的液压放大作用来控制折向器和喷　３８３Ａ４１５６　Ｐ００３５（４点输入、８路４～２０　ｍＡ输入、　嘴开度，从而实时调节机组的出力，以达到系统所　４路４～２０　ｍＡ输出、２路高速适配输出），这些模　需有功功率和频率的要求，其电气结构见图２。　块组合在一起，集成在一个电气柜中，由ＣＰＵ实　该套六喷六折冲击式调速器有机的将电气柜　（２）控制过程先进，功能完备。　和机械液压系统组成一个完整的闭环控制系统，　该套调速器能够根据用户自己设定的喷嘴转　它们之间统一由电气柜进行总体协调，六套子液　换方式来实现并网后的单喷嘴、双喷嘴、三喷嘴、　压系统既相互独立又相互关联。所谓独立，系当　四喷嘴、六喷嘴运行方式，从而达到充分利用水能　一组喷嘴和折向器出现故障时，可以单独退出该　和提高水轮机机械效率的目的。其主要控制过程　组喷嘴和折向器，而不影响机组的正常运行；而且　先进，功能完备，表现为：　在机组运行过程中，在做好安全措施的情况下可　①开机过程。该套调速器能够实现远方、现　以进行故障喷嘴油管路等的检修和维护，从而最　地自动开机，也能够实现手动开机，其开机方式非　大限度地提高了机组的综合经济效益；所谓关联，　常灵活，可以任意选择，现以远方自动开机为例进　就是六个喷嘴和折向器在运行过程中，遵循一定　行说明。　的逻辑关系，进行对称的开启和关闭，其结构运行　远方开机前调速器应具备一定条件：调速器　方式非常灵活、先进。　处于远方自动控制方式、调节器无故障、喷嘴和折　Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ圈　维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷总第１１９期　四川水力发电　２００８年６月　向器全部处于正常关闭位置，当这些条件满足后，　控制喷嘴的空载开度。该套调速器在开机至空载　远方ＬＣＵ发出开机命令至调速器电气柜，电气柜　并网前是单喷嘴运行，只有在并网后根据所带负　采集到开机命令后，由ＣＰＵ根据预先设定的喷嘴　荷情况才有双喷嘴、三喷嘴、四喷嘴、六喷嘴运行　开启顺序（比如这次开机先开１＃喷嘴，下次开机　方式，而且在喷嘴转换方式时，只能对称开启相应　就先开２＃喷嘴，依次类推形成循环）输出电气信　喷嘴，否则水轮机就会偏离最优工况。　号先作用于折向器电磁液压阀，然后通过折向器　机组并网前，调速器采用的是频率调节（即　电磁液压阀的换向，将压力油作用于折向器的开　只有比例、积分（ＰＩ）调节）。当机组并网后则既　启腔，使折向器克服弹簧的作用力达到全开位置，　有频率调节、功率调节，还有开度调节。三种方式　ＣＰＵ采集到折向器全开位置后将电信号作用于　可以任意选择，此时比例、积分、微分（ＰＩＤ）均根　比例伺服阀，通过比例伺服阀的线性放大作用来　据负荷要求参与优化调节，开机曲线见图３。　／％　－—　一Ｉ　—一　／。　１，　’　１）　７。　Ｉｌ　，　　’ＩＩ　　．Ｉ●　一　．　一　。　Ｉ●　几　７　声。　声　严　’　　．■　ｒ　ｌ１．　●－　Ｉ　ｕ　ｕ　‘　．　，　Ｊ　、　　‘，一　、　０　ｌ１中　ｌ７　４｛　珏　５９　４Ｉ　４　１　４　７　４ｊ弛　４｛３　９　４１　５　５Ｉ）　１　５Ｉ）　７　５　３　５　９　５：　２５　５：　｝２　５：　ｊ８　５．｜　４　５１５　０　５　１５　６　５６２　５ｌ沿　５　４　５Ｉ　｝０　５Ｉ　５　１　）２　５１，　８　６Ｉ　）４　６　０　６　６　６：　６：　２８　６３５　ｔ／ｓ　ｌ二　兰　二＝兰　二＝　＝＝竺　二三竺　二！　兰二＝苎　兰１　７　图３开机曲线图　６　５　４　３　２　ｌ　．由于冲击式机组具有水头高、流量小的特点，　进行手动设置喷嘴优先转换顺序，但原则上必须　故其开度很低，当调速器收到远方开机令后，此时　满足对称开启和关闭喷嘴要求。以首先开启１＃　折向器全开，喷针开启至第一开机开度２５％。当　喷嘴为例进行逻辑转换描述。在额定水头下，当　转速上升至８５％时，喷针下压至第二开机开度　ｌ＃喷嘴负荷升至２２．８　ＭＷ时，调速器按照预先设　１５％；当转速上升至９５％时，下压至空载开度进　定的负荷、流量开度曲线将１＃喷嘴逐渐关闭，对　入ＰＩＤ调节。　称的４＃喷嘴逐渐开启，直至１＃和４＃喷嘴开度一　②停机过程。当机组处于并网发电、空载或　致，所带负荷均匀；当负荷升至３８．９　ＭＷ时，调速　空转时，调速器接到ＬＣＵ监控系统停机命令时，　器将由二喷嘴转换成三喷嘴运行，即１＃、３＃、５＃喷　将首先减负荷使调速器单喷针运行至空载开度位　嘴开启，４＃喷嘴关闭；当负荷升至５４．０　ＭＷ时，调　置。若此时发电机出口断路器（ＧＣＢ）分闸信号　速器将由三喷嘴转换为四喷嘴运行，即１＃、２＃、４　送至调速器，则调速器将按照预先设定的停机规　＃、６＃对称开启，３＃、５＃关闭；当负荷升至７６．０　ＭＷ　律使喷嘴和折向器均关闭。　时，调速器将由四喷嘴转换为六喷嘴运行，即１＃、　③喷嘴转换过程。该套调速器可以通过面板　２＃、３＃、４＃、５＃、６＃喷嘴全部开启。　圈Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　维普资讯 http://www.cqvip.com 李汶青等：六喷六折冲击式调速器在田湾河流域梯级水电站中的应用　２００８年第３期　以上控制过程从国内已经运行的冲击式机组　看，其在控制过程和实现功能方面非常灵活、先　存在溜负荷现象，其控制精度不能满足电力系统　要求。随着当前国民经济的快速发展，电力系统　对电能的控制要求越来越高，要求电能不但要稳　进，能够满足系统带基荷要求。　３经济运行和存在问题分析　由于该套调速器采用六喷六折方式，其控制　定可靠，而且要具备快速响应功能。现将其调整　负荷的实测爬升速率介绍于后，供大家参考分析。　六喷六折冲击式机组不同负荷阶段的爬升速率见　表１。　过程虽然较先进，功能完备，能够满足系统带基荷　要求，但其自身的机械结构导致了机组在运行过　程中转动惯性较大，而且在其喷嘴转换过程中还　从表１可知，机组从２０　ＭＷ到８０　ＭＷ的低　表１不同负荷阶段爬升速率表　负荷调整速率达不到电力系统对电厂爬升速率的　要求（６　７００　ｋＷ／ｍｉｎ），而且存在以下问题：　（１）喷嘴切换时负荷波动。　调速器在喷嘴切换过程中负荷波动达２０～　３０　Ｍｗ，给机组的稳定运行和快速响应造成较大　（１）针对机组并网后单喷嘴运行不稳定和喷　嘴切换过程中溜负荷的现象，可以要求厂家进行　水力模型试验，重新核算流量、机组出力、效率之　间的匹配关系或取消机组并网后单喷嘴运行工　况，直接进入两喷嘴对称运行方式。　的影响，达不到电力系统一次调频要求。　（２）机组在单喷嘴满负荷状况下运行时，即　（２）针对机组并网后负荷爬升速率较慢的现　象，可以考虑减少喷嘴中间的转换次数，由目前的　空载到满负荷转换需４次提高到２次。　（３）针对在事故情况下折向器关闭时间延　长，容易引起机组过速的问题，可以采用技改方　式，加大折向器回油管管径。　负荷在１５～２２　ＭＷ之间，由于水斗式水轮机靠单　喷嘴单侧冲击，导致机组振动和摆度值严重超标，　轴承轴瓦温度急剧上升，此时只能调整负荷，让机　组在对称开启喷嘴方式下运行。　（３）折向器关闭时间达不到设计要求。　由于喷嘴折向器机械结构的原因，机组液压　系统排油管管径小于折向器回油管管径，导致回　（４）针对调速器管道接头渗油的问题，可以　采用更换所有卡套式接头的方法进行处理。　总之，要满足电力系统对有功功率和频率的　响应要求，就必须对六喷六折冲击式机组的控制　油不畅。经技术改造后折向器关闭时间仍为４　ｓ，　大于设计要求的关闭时间（２．５　ｓ），还需进一步改　进。　部分进行改进，否则电厂的经济运行考核指标就　会受到较大影响１　４结语　（４）管路接头处漏油现象比较普遍。　由于在调速器液压系统油管路中全部使用卡　套式接头，且因卡套式接头本身的不足和安装质　量等原因，各管路接头普遍存在渗漏油现象，给机　组安全运行带来严重隐患。　由于该调速器存在以上问题，且只能够满足　系统带基荷要求，离系统调峰、调频还存在较大差　虽然田湾河流域六台六喷六折冲击式机组存　在部分不满足电力系统响应要求的指标，但其开　创了亚洲水头最高、单机容量最大的冲击式机组　的先河，若能很好的解决以上控制问题，相信更高　水头，更大容量的单机冲击式机组将得到进一步　推广。　作者简介：　距，给田湾河水力发电总厂的经济运行考核指标　带来诸多不足，需要切实进行改进和提高。为了　达到电力系统优化调度、经济运行的考核要求，笔　李汶青（１９７３－），男，四川仁寿人，工程师，从事水电厂技术工作；　邓国琦（１９７１一），男，四川苍溪人，工程师，从事水电厂技术工作．　（责任编辑：李燕辉）　者通过多年的调速器检修、维护和运行经验，特提　出以下改进和提高方法：