姚建中

（中國電建集團海外投資有限公司，北京 100048）

1 概述

南歐江一級水電站位于老撾境內(nèi)，為南歐江流域7個梯級水電站的最末一級，電站布置有4臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量180MW，于2020年全部投產(chǎn)發(fā)電。根據(jù)運行需求，重錘作為燈泡貫流機組在調(diào)速器發(fā)生故障無法工作或者壓力油罐失壓時，通過重力關(guān)閉水輪機導(dǎo)葉的最后手段，水輪發(fā)電機組應(yīng)進行動水重錘關(guān)機試驗，驗證重錘關(guān)機裝置能否安全、可靠的關(guān)閉導(dǎo)葉，從而使機組停機。

2 技術(shù)參數(shù)

機組主要參數(shù)如下。

機組型式：燈泡貫流式。

機組容量：45MW。

額定水頭：16m。

轉(zhuǎn)輪直徑：5850mm。

調(diào)速器工作油壓：6.3MPa。

重錘重量：約31t。

調(diào)保計算導(dǎo)葉關(guān)閉時間：第一段（100%～40%開度）關(guān)閉時長3.6s，第二段（40%～0開度）關(guān)閉時長7.2s。

空轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開度：9%（H=17m）。

額定負荷導(dǎo)葉開度：約68%（H=17m）。

3 試驗方案設(shè)計

3.1 試驗原理

根據(jù)主機設(shè)備廠提供的《重錘關(guān)機原理》及《機組事故停機流程圖》，正常情況下，機組導(dǎo)葉通過調(diào)速器進行調(diào)節(jié)和關(guān)閉。本試驗通過相應(yīng)的臨時措施，在重錘關(guān)機裝置投入關(guān)閉后，使導(dǎo)葉主配居中不動作，從而達到切斷導(dǎo)葉調(diào)節(jié)和關(guān)閉的油壓，導(dǎo)葉接力器開腔與調(diào)速器回油箱直接連通回油，導(dǎo)葉接力器關(guān)腔直接從調(diào)速器回油箱補油，導(dǎo)葉僅在重錘的重力作用下關(guān)閉，從而實現(xiàn)了在動水情況下，無油源關(guān)閉導(dǎo)葉即機組關(guān)機的測試。液壓原理圖如1。

機械過速保護裝置動作時，自機械過速保護裝置的壓力油控制重錘卸荷閥動作，插裝閥2開啟，插裝閥1關(guān)閉，卸除接力器開腔的油壓，接力器開腔與調(diào)速器集油箱直接相通。此時，接力器關(guān)腔即使失去調(diào)速器主配提供的油壓（如主配拒動），那么導(dǎo)葉也會在重錘的作用下關(guān)閉，關(guān)腔支管上的單向閥自動開啟，直接由調(diào)速器集油箱向接力器關(guān)腔補油，由重錘操作導(dǎo)葉關(guān)閉完成停機。重錘操作導(dǎo)葉動作的油流路徑如圖1中紅線所示。

圖1 操作油的正常路徑（藍色）與機械過速保護裝置動作時的路徑（紅色）

3.2 試驗設(shè)計

動水重錘關(guān)機的必要條件首先是機組在靜態(tài)情況下完成重錘關(guān)機裝置、機械過速保護裝置的調(diào)試，各項調(diào)試結(jié)果自動控制流程正常；機組完成甩負荷試驗，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求；另外，由于動水重錘關(guān)機試驗過程中僅由重錘作用關(guān)閉導(dǎo)葉，為了保證設(shè)備安全，調(diào)整機組事故停機程序，具有機組過速自動保護功能。

（1）根據(jù)機組甩50%、75%額定負荷試驗成果，轉(zhuǎn)速上升即達到125.7%和135.4%額定轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速表上115%信號設(shè)定值調(diào)整為140%，避免調(diào)速器現(xiàn)地狀態(tài)下，由“轉(zhuǎn)速115%額定轉(zhuǎn)速+主配拒動”提前觸發(fā)“緊急事故停機令”，導(dǎo)致試驗失敗，同時具有過速保護功能。

（2）監(jiān)控程序臨時屏蔽“重錘卸荷閥動作”引起監(jiān)控程序“緊急事故停機”命令開出的“調(diào)速器緊急停機電磁閥動作”命令。

（3）臨時增加“電氣事故、機械事故、轉(zhuǎn)速140% Ne、轉(zhuǎn)速150%Ne 、轉(zhuǎn)速155%Ne”等信號，開出“調(diào)速器緊急停機電磁閥”信號。

動水重錘關(guān)機試驗首先進行靜水試驗，驗證重錘關(guān)閉導(dǎo)葉時間和調(diào)速器油壓關(guān)閉時間相近，確認試驗的可行性；然后依次進行空載狀態(tài)、小負荷試驗、大負荷試驗，逐步增加導(dǎo)葉開度試驗，以驗證試驗方案可靠性，并保證設(shè)備安全。

4 試驗步驟

4.1 靜水試驗

流道靜水時，在導(dǎo)葉不同開度情況下，測試重錘關(guān)閉導(dǎo)葉情況及時間測試。導(dǎo)葉開度給定分別設(shè)置為：9%（空載態(tài)開度）、47%（50%負荷開度）、70%（100%負荷）、100%（全開），啟動水輪機仿真測試儀錄波，試驗并記錄以下工況下導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律如表1。

表1

經(jīng)對試驗數(shù)據(jù)分析，純重錘關(guān)閉導(dǎo)葉時間和調(diào)速器液壓關(guān)閉導(dǎo)葉時間吻合，偏差較小，可以進行后續(xù)動水試驗。

4.2 機組空載態(tài)試驗

機組開機至空載態(tài)，運行穩(wěn)定后調(diào)速器切入手動狀態(tài)，手動投入重錘卸荷閥，確認電氣控制程序正確（試驗過程中不投入關(guān)腔油壓）；監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機”命令，啟動停機流程，在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度，當導(dǎo)葉開度無明顯下降時，手動投入調(diào)速器緊急停機電磁閥，確認導(dǎo)葉全部關(guān)閉，完成停機。試驗結(jié)果如表2。

表2

4.3 小負荷重錘關(guān)機試驗(4MW)

測試目的：試驗重錘關(guān)閉導(dǎo)葉。

機組正常開機帶負荷至4MW，運行狀態(tài)穩(wěn)定后，調(diào)速器切入手動狀態(tài)，投入重錘卸荷閥，監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機”命令，跳開發(fā)電機出口斷路器、滅磁開關(guān)，啟動停機流程；在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度，當導(dǎo)葉開度無明顯下降時，投入調(diào)速器緊急停機電磁閥，確認導(dǎo)葉全部關(guān)閉，完成停機。

圖2

表3

4.4 機組帶50%試驗(22.5MW)

機組正常開機至帶50%額定負荷，運行狀態(tài)穩(wěn)定后，調(diào)速器切入手動狀態(tài)，投入重錘卸荷閥，監(jiān)控LCU開出“緊急事故停機”命令，跳開發(fā)電機出口斷路器、滅磁開關(guān)，啟動停機流程，在調(diào)速器電氣柜上觀察導(dǎo)葉開度，當導(dǎo)葉開度無明顯下降時，投入調(diào)速器緊急停機電磁閥，確認導(dǎo)葉全部關(guān)閉，完成停機。

圖3

表4

鑒于老撾電網(wǎng)容量較小，調(diào)度中心未允許繼續(xù)增加負荷進行試驗，但所取得的試驗結(jié)果已可以驗證重錘可以在調(diào)速器失靈的情況下將導(dǎo)葉關(guān)閉，保證設(shè)備安全。試驗結(jié)束后，對機組進行詳細檢查，并將監(jiān)控程序和定值設(shè)置恢復(fù)至正常狀態(tài)。

5 結(jié)語

（1）機組靜態(tài)調(diào)試和靜水純重錘關(guān)閉導(dǎo)葉的時間與機組實際運行狀態(tài)基本吻合，測試是動水試驗的必要過程和保證試驗安全的先決條件。

（2）試驗方案設(shè)計及臨時控制程序的設(shè)置既保證了試驗的有效性，確保了試驗過程中接力器關(guān)腔無油壓，實現(xiàn)了純重錘關(guān)機，同時考慮了多重自動、手動保護，保證機組可靠停機。

（3）重錘的重量是動水重錘關(guān)機的主要因素，在設(shè)備訂貨期間，應(yīng)根據(jù)模式試驗結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場布置空間，詳細計算導(dǎo)葉關(guān)閉的水力矩和摩擦力矩，復(fù)核重錘的重量，并留有一定裕量，以保證燈泡貫流機組的運行安全。