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分段关闭装置在红林电站的应用

2009-08-10 14:31阅读:

田晓波杨喜安 /文
【摘要】红林电站增容后,满负荷导叶开度增大,运行工况改变,甩负荷时,尽管调速器关闭时间完全相同,但两种工况产生的水击时间、大小、危害不同,所以采取的防范措施也不同。为了确保机组安全稳定运行,减小水击危害,使用分段关闭装置,采用两段关闭,择优选择拐点,满足电站对水压和转速上升率的要求,。
【关键词】减小水击;分段关闭;红林电站
一、 概述
在水电站的工程实际中,由于其水工结构、引水管道、机组转动惯量等因素的影响,经过调节保证计算,要求调速器的接力器在紧急关闭时有导叶分段(一般为两段)关闭特性。即在导叶紧急关闭过程中,要求按拐点区分成关闭速度不同的两段(或多段)关闭特性,导叶分段关闭装置就是实现这种特性的。
红林电站3号机组由34MW增容至45MW,流量由原来的27m3/s增加至32 m3/s,关闭时水击增大,为了解决水击问题,采用导叶分段关闭装置,实际试验证明,该装置在调保计算
值允许范围内,能够有效减小机组转速上升率和钢管水压上升率,达到预期效果。
1.水击及其危害
 水击是压力管道中一种重要的非恒定流。当压力管道中的流速因外界原因而发生急剧变化时,引起液体内部压强迅速交替升降的现象,这种交替升降的压强作用在管壁、阀门或其他管路元件上好像锤击一样,称为水击。发生水击后,管内的压力数值是周期性变化的,压力变化的时间间隔即为相长T,两倍相长为一个周期。当阀门关闭时间T′<T时,即阀门最初关闭时所产生的水击波由管道入口反射回阀门时,阀门已全部关闭,这种水击称为直接水击。反之,T′>T时称为间接水击。
水击引发的压强的升高或降低,有时会达到很大的数值,处理不当将导致管道系统发生强烈的震动,引起管道严重变形甚至爆裂。
2.减小水击的措施
  理论及实践证明,影响水击压力的主要因素有阀门及导叶关闭时间、管道长度和管内流速,因此,可针对上述因素可采取以下措施来避免和减小水击危害。
(1)延长闸门及导叶关闭时间,避免产生直接水击并可降低间接水击压力。
(2)由于水击压力与管内流速成正比,应适当加大管径,控制管内流速不超过最大流速限制范围。
(3)由于水击压力与管道长度成正比,因此可设置具有自由水面的调压井或安装安全阀和进排气阀,以缩短管道长度并消减水击压力。
二、 分段关闭装置
1. 接力器导叶分段关闭系统框图(略)

图1 接力器导叶分段关闭系统框图(略)
(1)导叶分段关闭阀
导叶分段关闭阀是一种两段或多段式关闭阀门,红林电站3号机组采用两段式关闭阀,。导叶接力器100%开度至拐点开度是第一段(快速关闭)工作区域,接力器关闭速率是由主配压阀和事故配压阀整定;从拐点开度至导叶全关开度为第二段(慢速关闭)工作区域,接力器的关闭速率是在分段关闭阀上设置。导叶分段关闭阀安装在调速器主配阀(事故配压阀)与水轮机导叶接力器之间的油路上,通过对接力器开机油腔(回油)的控制(附加节流和不节流),使接力器具有两段要求的不同关闭速度,以满足水轮机调节系统调节保证计算的要求。接力器的开启工作特性不受导叶分段关闭阀的控制。
,导叶分段关闭阀不起截流作用,接力器按主配压阀整定的开机速度开启,与接力器位置和活塞、调节螺栓位置无关。
(2)导叶分段关闭阀控制阀(接力器拐点开度控制机构)
控制阀是一种利用凸轮使接力器运动时控制切换阀换位的阀门,从而控制分段关闭阀油路大小的阀门。红林电站3号机组接力器位移凸轮机构安装于接力器下方,利用接力器在运动过程中使斜块触动凸轮来控制其油路切换,实现对分段关闭阀的控制,。
三、 红林电站分段关闭装置的设计、安装与调试
1.工况设计
(1)导叶关闭规律采用两段关闭,总有效关闭时间Ts=11.0s,中间拐点Tm=3.0s,拐点行程60%;
(2)甩满负荷时,蜗壳进口最大内水压上升率ζmax≤30%;
(3)甩满负荷时,机组最大上升率βmax≤55%。
2.安装、调试
红林电站3号机组分段关闭装置安装于事故配压阀和主接力器之间,位于开机管上,设计油压2.5MPa。调整调速器紧急关闭时间为6s,根据设计要求调整第一段快速关闭时间为3s,接力器行程60%;第二段慢关时间为8s,接力器行程40%。
3.开机试验
(1)静态关机时间试验
试验机组:红林电站3号机
试验时间:2009年04月11日20时03分
调速器型号:宜昌能达公司WBDT-1
分段关闭型号:TJM0380分段关闭液控阀/TJL0200A调速系统组件
测试仪器:TG2000水轮机调速器和机组同期测试系统
试验参数:
机组惯性时间常数Ta=10.00s 水流惯性时间常数Tw=0.50s
水击相长Tr=0.50s
接力器试验示波图:
结论:两段关闭总时间:10.41s;第一段关闭时间:2.7s拐开度:49.1%
(2)甩负荷试验(单机)
图表:(略)
结论:甩100%额定负荷时,水压上升率在30%以下,机组转速上升率在55%以下,符合《水轮发电机组安装技术规范GB8564-2003》要求。
四、 结束语
红林电站3号机组增容后应用分段关闭装置来改变导叶关闭规律,在一定程度上解决了机组运行过程中突然甩负荷时,水击压力上升和机组转速上升的问题,同时也为类似问题的解决提供了科学数据和实际经验。解决机组甩负荷后转速和蜗壳压力上升的矛盾,是极为复杂的,分段关闭装置的应用及其拐点的选择只是措施之一。解决转速和蜗壳压力上升的矛盾应贯穿于引水系统、水轮发电机组、调速系统等方面的设计、施工、调试的诸多环节,使其满足调保计算的要求,保证机组安全运行。

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