平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉閥溫度升高分析

1、平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉閥溫度升高分析摘要：通過對平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉閥結構、工作原理的分析，結合液壓系統(tǒng)中常見的氣穴現象及其危害，最終判斷出引起#3機組調速器空載擾動試驗過程中分段關閉閥溫度升高的原因，并結合平班水電站調速系統(tǒng)的控制邏輯及實際運行情況，制定出初步解決該問題的措施。關鍵詞：分段關閉閥；結構；溫度升高；原因；危害；措施中圖分類號：TM622文獻標識碼：A文章編號：1引言平班水電站位于廣西壯族自治區(qū)與貴州省界河-南盤江上，是紅水河綜合利用規(guī)劃的第三個梯級電站，上游與天生橋二級電站尾水銜接，下游與龍灘水電站正常蓄水位銜接，正常蓄水位440m，水庫總庫容2.78億m3，具有日調

2、節(jié)性能，電站安裝三臺單機容量為13.5萬kW的軸流轉槳式水輪發(fā)電機組。機組調速器為自復中型雙可編程微機調速器，具備機械手動操作、電手動操作和自動操作三種方式，其機械液壓部分由電液轉換裝置、主配壓閥、事故配壓閥、緊急停機電磁閥、分段關閉裝置、油過濾器、管路等組成。本文通過平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉裝置的結構及原理等方面分析了#3機組調速系統(tǒng)分段關閉閥運行中溫度升高的原因。2平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉裝置結構及工作原理2.1分段關閉裝置的作用分段關閉裝置的作用是組停機過程中使導葉分段關閉，以保證機水輪機轉速上升和流道壓力上升在規(guī)定的范圍內。平班水電站導葉分兩段關閉，將導葉20%開度時設計為導葉分段

3、關閉的拐點，即第一段為導葉100%開度至20%開度，所需時間為6.4s，第二段為導葉20%開度至導葉全關，所需時間為10s。2.2分段關閉裝置的結構平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉裝置由分段關閉閥、分段關閉先導閥及控制管路組成，分段關閉先導閥為兩位四通液壓閥，用于控制分段關閉閥活塞的上升及下降，分段關閉閥在導葉第二段關閉過程中實際起到節(jié)流閥的作用。2.3分段關閉裝置的工作原理平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉閥安裝于導葉接力器開腔油管上，當開導葉時壓力油自主配壓閥經分段關閉閥進入導葉接力器開腔，關閉導葉時導葉接力器開腔內的透平油自分段關閉閥經主配壓閥（事故停機時經事故配壓閥）回流至回油箱。圖1所示分段關閉裝

4、置為復歸狀態(tài)（導葉開度為第一段），此時安裝于導葉接力器活塞桿上的滑塊脫離分段關閉先導閥，分段關閉先導閥閥芯在彈簧作用下向上移動，壓力油接通控制油管1，控制油管2接通回油，分段關閉閥小活塞在壓力油作用下向下移動，活塞也隨小活塞一起向下移動，分段關閉閥的過流面積達到最大值，這時可以以較快的速度關閉導葉；當導葉關閉至拐點位置時，安裝于導葉接力器活塞桿上的滑塊重新接觸到分段關閉先導閥，使先導閥閥芯向下移動，壓力油接通控制油管2，控制油管1接通回油，分段關閉閥小活塞向上移動直至頂到調節(jié)桿，活塞在壓力油及彈簧作用下也向上移動，分段關閉閥過流面積減小，處于動作狀態(tài)，實現分段關閉功能。對于第二段關閉時間的長短

5、需要通過調節(jié)調節(jié)桿進行調整，調節(jié)桿向上調節(jié)時分段關閉閥的過流面積減小，當調節(jié)至活塞上端面接觸到閥體時過流面積達到最小值，此時透平油僅能通過活塞中間的小孔流動。當在拐點以下開導葉時，來自主配壓閥的壓力油進入分段關閉閥，活塞在壓力油作用下向下移動，分段關閉閥過流面積達到最大值，主配壓閥關閉后活塞上下腔壓力平衡，活塞在彈簧作用下重新頂到小活塞的活塞桿，所以分段關閉閥僅在第二段關閉導葉時起到節(jié)流作用。圖1：平班水電站分段關閉裝置結構及原理圖3平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉閥溫度升高現象的發(fā)現2012年1月平班水電站#3機組檢修后進行調速器空載擾動試驗（導葉開度約為5%）時，由于頻繁調節(jié)導葉開度，約40mi

6、n后測量分段關閉閥及其進出口管路溫度發(fā)現其溫度已上升至56，而當時調速系統(tǒng)的油溫約32。4平班水電站調速系統(tǒng)分段關閉閥溫度升高原因分析4.1機械裝配方面的原因調速器空載擾動試驗時導葉開度為5%，此時分段關閉閥處于動作狀態(tài)，每開一次導葉活塞便上下運動一次，初步判斷為活塞與活塞缸配合間隙過小，間隙之間未產生油膜，活塞頻繁動作時因摩擦產生熱量，從而導致分段關閉閥溫度升高。但在分解分段關閉閥后檢查活塞及活塞缸未發(fā)現磨損、劃傷等現象，可基本排除因機械裝配原因造成的溫度升高。再次試驗時，試驗人員重點加強了對分段關閉閥及其進出口管路溫度的監(jiān)測，發(fā)現空載擾動試驗時，每調節(jié)一次導葉開度，溫度便會有明顯的上升。若

7、為機械裝配原因，分段關閉閥閥芯需多次動作摩擦后才會導致溫度升高，與再次試驗時的監(jiān)測結果不符，這也進一步排除因機械裝配造成溫度升高的原因。4.2氣穴引起的溫度升高4.2.1氣穴現象的概念油液中不可避免地含有一些空氣，一部分呈氣泡狀態(tài)，一部分溶于油液中，油液溶解空氣的能力與油液的壓力成正比，在常溫和大氣壓下，一般礦物油能溶解約6%12的空氣。當液壓系統(tǒng)中的油液流動時，流速高的區(qū)域壓力很小，當壓力小于工作溫度下油液的空氣分離壓時，溶解于油液中的空氣將大量的被分離出來形成氣泡，這些氣泡以原來呈現氣泡狀的空氣泡為核心不斷地生長長大形成大氣泡。此外，當油液中某局部點的壓力低于當時溫度下的飽和蒸汽壓時，油液

8、將沸騰氣化，也在油液中形成氣泡。上述兩種情況形成的氣泡混雜在油液中，使原來充滿在液壓管道或液壓元件中連續(xù)流動的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現象稱為氣穴（或空穴）現象1。4.2.2氣穴的危害油液中產生的氣泡進入高壓區(qū)時，在高壓的作用下急劇收縮，氣泡中心將產生很高的壓力，直至氣泡潰滅，在潰滅中心可產生150200MPa的壓力，局部壓力的急劇升高發(fā)生在一瞬間，以壓力波的形式向四周傳播，沖擊管路或液壓元件，產生強烈的振動和噪聲2。油液中氣泡被壓縮時放出大量熱量，局部燃燒氧化液壓油，造成液壓油的劣化變質。液壓系統(tǒng)中氣穴發(fā)生部位的管壁和液壓元件表面長期承受液壓沖擊和高溫作用，并且從油液中游離出來的空氣中所含的

9、氧氣也具有較強的氧化作用，造成零部件表面逐漸腐蝕，嚴重時剝落成小坑，呈蜂窩狀，使元件的力學性能和使用壽命降低。4.2.3分段關閉閥氣穴現象引起溫度升高的分析經計算平班水電站導葉第一段關閉時分段關閉閥內的透平油流量為0.02m3/s，為保證導葉第二段關閉時間，必須將第二段關閉時的流量調節(jié)為0.003m3/s，這導致第二段關閉時需將分段關閉閥的過流面積調節(jié)至極小，當在空載擾動試驗過程中關導葉時，流經分段關閉閥的透平油流速升高，壓力降低，因而產生節(jié)流氣穴，產生的氣泡聚集在分段關閉閥至主配壓閥之間的管路內。當開導葉時，來自主配壓閥的壓力油流經分段關閉閥，聚集在分段關閉閥至主配壓閥之間的管路內的氣泡急劇收縮，氣泡表面和表面外的透平油以很高的速度向氣泡中心流動，當氣泡半徑達到極限小時，透平油停止流動，透平油的動能有一部分轉化為熱能，使周圍透平油溫度升高，溫度升高后的透平油進入分段關閉閥與導葉接力器之間的管路。但在做調速