电厂重锤关机系统控制回路改造研究

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[摘要]重锤关机系统是贯流式机组常采用的事故状态停机保护系统，若重锤关机系统拒动将导致机组发生严重飞逸事故。本文论述百龙滩电厂对重锤关机系统进行控制回路设备增设及改造工作，并介绍新增设的设备功能及运用情况。改造后，分别在不同时期对重锤关机系统进行联调测试，结果表明改造效果满足机组关机保障要求。

[关键词]重锤关机；贯流式机组；控制回路；保障；百龙滩电厂

1工程概况

红水河百龙滩水电厂位于都安瑶族自治县与马山县交界的红水河中游，为红水河干流梯级开发的第七级电厂，水电厂安装有6台单机容量为32MW的灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量192MW。百龙滩水电站于1992年10月进场筹建，1999年5月21日6台机组全部投产发电。百龙滩水电站建成投产以来，至今已运行20余年，由于上游龙滩梯级电站的兴建、大化梯级的扩建以及下游乐滩梯级电站的投入运行等情况变化，百龙滩水电厂的运行条件发生了较大变化，时常出现变化较大的运行水头，给电厂的机组稳定运行带来巨大挑战。

2重锤关机系统存在的问题

百龙滩水电厂在建厂初期未设计安装快速门，仅配置了重锤，未配置重锤关闭阀，在过速或者其他紧急状态时，通过手动排油方式才能将重锤以自重形式关闭导叶，或者依赖调速器电气部分来实现机组的紧急制动，无法及时通过纯手动操作关闭机组，且可靠性较低。改造前厂内机组停机流程如图1所示[1]。由图1可知，事故停机流程以电磁空气阀引导进行关导叶动作保护机组，流程中关联各种配压阀以及继电器，极大可能地产生很多不可靠因素，当有如下所述情况之一时就会导致停机失败。（1）紧急停机阀失效。当紧急停机电磁阀失效时，油路切换功能不能正常动作，导致导叶及随动桨叶关闭失败，灯泡贯流式机组因转动惯量小极易达到飞逸转速，从而造成水轮机转动部分损坏事故[2]。（2）导叶主配压阀卡阻拒动。当机组发生过速事件时，人为触发紧急停机按钮后，压力油通过主配压阀换向油路使导叶关闭，这时的重锤装置只起到了辅助关闭的作用，关闭速度由主配管口的大小所控制。当机组甩负荷时，如果导叶主配压阀卡阻拒动，开腔油无法通过主配压阀换向回到集油槽内，导叶将无法及时关闭使机组转速快速上升，达到飞逸转速后，引发过速事故。（3）发生压力管路爆裂。厂内的操作油额定工作压力为6.0MPa，属于高压力等级。当油管堵塞，叠加重锤自重，在主配压阀前的进油管路易发生压力过大现象，当压力过大且无法释压造成管路爆裂失压后，导叶将失控，机组转速快速上升，造成过速事故。

3重锤关机系统改造

按照《水轮机基本技术条件》（GB/T15468-2020）中第4.2.1.24条“当发生压力油管内油压低于事故低油压时，应能自动紧急停机”规定，当机组油泵工作处于失常状态时，未能及时恢复正常工作油压时，应能依靠厂内设置的防飞逸设施即重锤实现无压自重关闭导叶的功能。改造前重锤关机功能不能激活，改造重点在于利用重锤实现导叶接力器的油腔控制，即导叶接力器能实现平压传动，亦可叫做“油腔卸荷”[3]，为此增设远程控制触发信号及增加必要管路实现油路联通重新激活重锤关机功能。重锤关机系统控制回路改造后的控制流程见图2。

3.1技术改造主要增设部件

技术改造主要增设部件见表1。

3.2主要技术改造项目

（1）增设重锤关闭阀体。重锤关闭阀功能为控制阀内各腔体连接状态，在重锤关机系统工作时，切断重锤阀体与导叶主配阀体的管路联通，导叶接力器腔体开腔通过管路与重锤关闭阀体联通，重锤关闭阀体与集油槽通过管路联通，重锤关闭阀体作为主要压力油过流部件使导叶接力器开腔直接连接集油槽进行排油。（2）增设导叶接力器开腔排油管路。该管路使导叶接力器开腔与重锤关闭阀联通，在重锤自重关闭作用过程中将导叶接力器开腔油通过重锤关闭阀回油管排至集油槽内。（3）增设导叶接力器关腔排油管路。该管路采用单向阀连接关腔与集油槽，从集油槽利用单向油流作用，使关腔充油间接实现无压串接的效果。为更可靠完成关腔充油，设置两个重锤单向关闭阀，增设从集油槽至关腔管路两条。（4）重锤关闭阀压力开关继电器。选用型号为HED80H-20/100K14AV的可调式压力开关继电器，该继电器为上限接点方式，当压力P上升到设定值时，触发接点动作，回路导通。

4重锤关机系统改造后测试

当机组正常运行时，通过调速系统对导叶及随动桨叶的控制操作，机组若出现紧急状况需进行急停时，便能通过重锤关闭阀芯管路换向实现对导叶接力器的油腔卸荷，依靠重锤自重关闭导叶，对机组进行停机。重锤控制回路增设改造完成后，利用电厂内机组定修试验机会在2020年5月30日、2020年11月6日、2021年2月2日分别对6#、4#、2#机组进行动水重锤关机联动测试，关闭时间均小于15s，满足机组异常停机要求。

5结语

百龙滩电厂重锤关机系统控制回路改造完成后，机组运行稳定，在过速或其他紧急状态时，能通过重锤关闭阀芯管路换向实现对导叶接力器的油腔卸荷，依靠重锤自重关闭导叶，对机组及时进行停机，消除了原有的隐患，为机组的安全运行提供保障。

作者：卢伟 单位：大唐水电科学技术研究院有限公司