20第44卷 第3期
2021年3月
Vol.44 No.3
Mar.2021
水 电 站 机 电 技 术
Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station
1 前言
大藤峡水力发电厂位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峡出口弩滩上，地属广西自治区桂平市，距桂平市彩虹桥6.6 km。电站为河床式厂房，装有8台立轴轴流转桨式水轮发电机，单机容量200 MW，总装机容量1 600 MW，其中右岸厂房5台机组，左岸厂房3台机组，多年平均发电量60.55亿kW·h。电站以220 kV电压等级接入广西电网，在电网中承担发电和调峰任务。电站采用以计算机监控系统为主的无人值班，少人值守运行方式。
调速器系统及其油压装置是南京南瑞公司设计、制造和生产的SWT-2000型双微机调速器。其电气控制柜采用南瑞全自主知识产权的SAFR-2000H 电气调节装置；液压调节装置采用国际知名品牌的ZFL型液压柜；油压装置型号为YZ-20×2-6.3，额定油压为6.3 MPa。 2 大藤峡水力发电厂调速器系统的功能要求
根据电厂运行需要，大藤峡水力发电厂调速器应具备有开度控制、开停机和紧急及事故停机控制、导叶开度限制、导叶与桨叶协联、在线自诊断及处理，能实现现场及远方的手动、自动开停机等功能。当电网频率发生波动时，能自动参与一次调频，且一次调频性能指标满足《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》（2017版）、《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》（2017版）的相关要求。 调速器内部发生故障时，不造成水轮机组运行不稳定和出力波动，在外部系统事故时，能保证机组安全停机。通过电站计算机监控系统的机组现地控制单元（LCU），以数据通信和开关量接口两种方式向调速器发送各种调节命令，并采集调速器中的各种信号[1]。
3 大藤峡水力发电厂调速器系统的基本结构
大藤峡水力发电厂调速器系统是由南京南瑞水利水电科技有限公司设计生产的，共有5个控制柜，分别
为1个电气控制柜、1个机械液压柜、1个油源控制柜和2个动力柜。其中电气控制柜接收监控系统的命令实现自动开机及故障报警功能，机械液压柜可以手动控制导叶和桨叶的开度以及实现机组的紧急停机和锁定装置的投退、油源控制柜和动力柜相互配合实现压力油罐压力的稳定。
主配压阀在调速器中起着控制液流方向和大小的作用，是调速器的最终执行控制机构。主配压阀的选择和其过油量有关，而过油量又和导叶、桨叶的
收稿日期： 2020-12-01
作者简介： 程俊才（1995-），男，助理工程师，从事水电厂检修、建设管理工作。
大藤峡水力发电厂调速器系统介绍
程俊才，吴义斌
（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 南宁 537226）
摘 要： 水轮机调速器系统是水力发电厂的重要设备之一，承担着机组开关机、增减负荷、调节频率
等重要任务，因此调速器系统的选型设计关系着电厂的安全稳定运行。本文详细阐述了中国自主研发、世界单机容量最大的轴流转桨式机组调速器系统的主要硬件配置、工作原理及性能特点，对调速器设备的设计选型进行计算、分析并结合机组在投产后出现的问题进行了简要总结。
关键词： 大藤峡水力发电厂；调速器；主配压阀；油压装置; 事故配压阀
中图分类号：TK730 .4+1 文献标识码：B 文章编号：1672-5387（2021）03-0020-03
DOI：10.13599/jki.11-5130.2021.03.007
21第3期程俊才，等：大藤峡水力发电厂调速器系统介绍
接力器容积以及操作油流速有关。
导叶、桨叶部分参数见表1。
表1 导叶、桨叶部分参数
名称符号参数单位
导叶接力器直径D G0.80m
导叶接力器行程L G 1.78m
导叶接力器活塞杆直径d G0.28m
导叶接力器个数N G2个
导叶最快关机时间T GS12s
桨叶接力器直径D B 2.50m
桨叶接力器行程L B0.58m
桨叶接力器活塞杆直径d B0.85m
桨叶接力器个数N B1个
桨叶最快关机时间T BS60s
操作油流速v≤5.00m/s
导叶接力器容积：
V G=（N G×π×D2G
4
-N G×
π×d2G
4
）×L G
=（2×π×0.802
4
-2×
π×0.282
4
）
×1.78=1.57 m3
导叶主配压阀按12 s关机所需要的流量Q G：Q G=1.57
12
= 0.130 83 m3/s=130.83 L/s=7 850 L/min 桨叶接力器容积：
V B=（N B×π×D2B
4
-N B×
π×d2B
4
）×L B
=（1×π×2.52
4
-1×
π×0.852
4
）×0.58=2.518 m3
桨叶主配压阀按60 s关机所需要的流量Q B：
Q B=2.518
60
= 0.041 97 m3/s=41.97 L/s=2 518 L/min 作为国内单机容量最大的轴流转桨式机组，因其转动惯量大，为保证机组安全可靠，导叶和桨叶主配采用美国GE公司的FC20000。
大藤峡水轮发电机组导叶主配和桨叶主配均采用卧式布置方式。主配的动作受伺服比例阀控制，来自电气控制柜或者液压操作柜的控制信号在比例伺服阀中转换为液压流量输出，该流量直接作用在主配
的阀芯上，使得主配阀芯随着电气信号左右移动，而主配的左右移动直接影响着压油管和回油管对接力器开关腔的供排油量，从而实现导叶和桨叶开度的调节；同时主配阀芯上带有主配行程传感器及主配拒动开关，便于控制及监视主配的动作状态[2]。3.2 导叶关闭规律
导叶关闭规律的选择是轴流转桨式机组预防抬机的重要措施之一，为满足导叶水力过渡过程计算的要求，应用特征线法，利用计算机仿真软件计算水轮机管道中的瞬变流态，确定了水轮机导叶采用两段关闭规律[3]。
采用两段关闭规律，其中拐点选择至关重要，若拐点选取过高，则实际运行时会出现大部分工况均在第二段关闭范围内运行。而且在现场调试中，设置两段关闭的拐点时，是以接力器行程为基准，由于接力器行程与导叶开度为非线性关系，故拐点设置很多时候会存在误差，出现实际关闭规律与计算关闭规律不完全匹配的情况。通过现场试验及综合分析，导叶分段关闭规律如下：
关机时间与导叶开度关系见图
1。
图1 关闭时间与导叶开度关系示意图
关机时间与接力器行程关系见图
2。
图2 关闭时间与接力器行程关系示意图如图所示，机组关机时的前0.2 s为接力器固有时间；第一段关机时间为8.4 s，第二段关机时间为12 s，导叶分段拐点为30%开度。导叶接近全关位置处，设置有接力器的缓冲装置，此时的导叶关闭按设定的缓冲时间进行，所以在关机曲线中，到5%开度时有第三段关机时间，此状态不考虑在导叶关闭规律内。
22第44卷
水 电 站 机 电 技 术
3.3 事故配压阀
事故配压阀作为保证机组安全的有力屏障，当机组正常运行时，调速器的开关腔接通接力器的开关腔，通过主配压阀来控制导叶的开度，当机组发生过速115%额定转速且主配拒动或者事故低油压等情况，此时事故配压阀接受保护动作信号并动作，其阀芯在差压作用下换向，将调速器主配压阀切除，来自压油罐的恒压油接通接力器的关腔，直接操作导水机构的接力器，紧急关闭导水机构。
4 投产后出现的问题及解决办法
大藤峡水力发电厂调速器自投产以来调节性能良好，但是因管路及回油箱里的杂质，导致机组在做完事故停机实验后自动开机不成功。以下介绍6号机组调速器系统出现的问题及解决方法。
4.1 问题的发现
6号机组在做完事故停机试验后再次自动开机时导叶不动作，导致监控系统自动开机失败流程退出，现场检查情况如下：
（1）调速器系统切手动并手动增加导叶开度，在液压操作柜的综合模块上测量伺服阀的控制输入及伺服反馈，发现控制输入和伺服反馈电压正常变化；
（2）拆解紧急停机电磁阀，发现紧急停机电磁阀内部管路无异物且动作灵活；
（3）检查事故配压阀没有投入，油路正常；
（4）手动增加导叶开度测量主配反馈信号，发现主配反馈电压恒定从而怀疑主配发卡。4.2 故障分析
（1）管路装配阶段没有对管路进行酸洗，导致管路杂质清理不彻底，杂质又经管路进入主配压阀，导致主配压阀损伤。
（2）大藤峡水力发电厂调速器系统主配压阀为卧式布置，受自身重力影响，因阀芯和阀套的硬度不同，其阀芯对阀套有一定的损伤。
4.3 问题处理
主配压阀拆解两侧端盖后发现：主配压阀的阀套上有明显的划痕；手动缓慢推动阀芯感觉阀芯明显受阻，至此，自动开机不成功的原因已经到。经更换主配压阀后6号机组能正常开机。
5 结语
大藤峡水力发电厂调速器系统一方面采用应用广泛、技术成熟的控制算法，能有效抑制水力系统产生的水力振荡，改善调节品质；另一方面通过故障诊断、分析，为满足电站运行要求制定合理的容错控制策略；其次在调试过程中设置合理的参数及优化控制逻辑使调速器系统满足安全稳定运行的要求。
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（3）机组抽水开机排气充水结束快速开导叶吸入有功瞬间，水导摆度主频为转频，顶盖振动的优势频率为转频、低频以及3倍叶片过流频率；
（4）机组抽水停机吸入有功降至89.11 MW与电网解列瞬间，水导摆度和顶盖振动的主频均为低频，此时活动导叶已关至较小开度，然后快速关闭，导致水锤效应，产生低频的振荡波；
（5） 4个暂态工况下的水导摆度峰峰值均处于较高水平，抽水开机和抽水停机暂态工况下的顶盖振动比较剧烈，发电开机和发电停机暂态工况下相对较好。
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