調(diào)壓閥在南山水電站的應(yīng)用

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1、工程概況

　　南山水電站位于泰順縣羅陽(yáng)鎮(zhèn)境內(nèi)的仙居溪支流南山溪上，電站距泰順縣城約12km.整個(gè)工程由水庫(kù)、發(fā)電引水隧洞、壓力明管、電站廠房等建筑物組成，設(shè)計(jì)水頭為177.58m，裝機(jī)容量為2×2500kW，水輪機(jī)型號(hào)為HLA542—WJ—80，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW2500—6／1430，工程以發(fā)電為單一任務(wù)。

　　電站發(fā)電輸水隧洞沿南山溪大崗頭山脊布置，總長(zhǎng)約1.96km，壓力明管長(zhǎng)270m，由于受地形條件限制，設(shè)計(jì)中采用不設(shè)調(diào)壓室方案。

　　2、設(shè)置調(diào)壓閥的原因

　　由于南山電站工作水頭較高，在不設(shè)置調(diào)壓室的情況下，電站在運(yùn)行中可能會(huì)遇到由于各種事故，引起機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，發(fā)生甩負(fù)荷的情況。在甩負(fù)荷時(shí)，由于導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量急劇變化，水輪機(jī)壓力引水系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生水擊，此時(shí)產(chǎn)生的最大水擊壓力上升對(duì)壓力引水系統(tǒng)的強(qiáng)度影響特別強(qiáng)烈，嚴(yán)重的會(huì)破壞引水系統(tǒng)，引發(fā)事故，因此必須選擇其他方式來(lái)限制水擊壓力升高。

　　通常限制水擊壓力升高的方法主要有設(shè)置調(diào)壓室、裝設(shè)調(diào)壓閥、改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律（采用導(dǎo)葉二段關(guān)閉）等。導(dǎo)葉二段關(guān)閉法在低水頭電站應(yīng)用較多。而對(duì)于高水頭電站，多采用設(shè)置調(diào)壓室來(lái)調(diào)節(jié)水擊壓力，但調(diào)壓室建造投資大、工期長(zhǎng)，特別容易受地質(zhì)、地形等條件限制，故對(duì)興建調(diào)壓室有困難的，且導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間Tw≤12s的中小型電站可考慮以調(diào)壓閥代替調(diào)壓室。調(diào)壓閥的作用在于：在機(jī)組甩負(fù)荷導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時(shí)相應(yīng)地打開(kāi)泄流，從而降低水錘壓力的上升，待導(dǎo)葉全關(guān)后，再緩慢關(guān)閉，使引水系統(tǒng)的流量緩慢變化，防止引水系統(tǒng)水壓升高及機(jī)組飛車。

　　3、調(diào)壓閥選擇及應(yīng)用

　　3.1調(diào)壓閥的選擇

　　南山電站導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間的設(shè)計(jì)值T為8s，符合上面提到導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間Tw≤12s的要求，且無(wú)調(diào)壓室，經(jīng)多方計(jì)算和比較選擇確定，南山電站調(diào)壓設(shè)施采用調(diào)壓閥作為調(diào)壓方式，調(diào)壓閥選擇TFW250A／ZD型號(hào)。

　　3.2調(diào)壓閥在應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題及處理方法

　　TFW250A／ZD型調(diào)壓閥采用全油壓控制，原設(shè)計(jì)中有1個(gè)節(jié)流孔用于整定調(diào)壓閥的關(guān)閉時(shí)間。由于調(diào)壓閥是后來(lái)增加的項(xiàng)目，調(diào)速器廠家和調(diào)壓閥廠家未能及時(shí)溝通，造成節(jié)流孔實(shí)際并不存在，調(diào)壓閥關(guān)閉時(shí)間不能調(diào)整，且調(diào)壓閥全行程不能達(dá)到廠家65mm的要求，實(shí)際調(diào)壓閥的行程只有45mm.對(duì)于調(diào)速器和調(diào)壓閥的開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)間，設(shè)計(jì)調(diào)保計(jì)算的要求為：無(wú)水狀態(tài)下調(diào)速器快關(guān)（100％～0）和調(diào)壓閥快開(kāi)時(shí)間（0～100％）為8.5s，調(diào)壓閥慢關(guān)時(shí)間（100％～0）為19s；2臺(tái)機(jī)組聯(lián)甩額定負(fù)荷時(shí)壓力上升率控制在20％以下，轉(zhuǎn)速上升率控制在55％以下。按設(shè)計(jì)要求，這2臺(tái)調(diào)壓閥開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)度都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，實(shí)測(cè)快開(kāi)啟時(shí)間為6s，開(kāi)度為45mm.經(jīng)分析，系兩者的油缸大小不匹配，調(diào)壓閥的排油不能全部進(jìn)入調(diào)速器的油缸，致使調(diào)壓閥排油不盡，從而影響開(kāi)度。此時(shí)如果要求廠家重新制作更換調(diào)壓閥將會(huì)嚴(yán)重拖延發(fā)電時(shí)間，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以只能先從技術(shù)上在考慮是否可以通過(guò)更改調(diào)速器主接力器時(shí)間來(lái)滿足與調(diào)壓閥的協(xié)聯(lián)。

　　針對(duì)以上情況，技術(shù)人員重新進(jìn)行調(diào)節(jié)保證計(jì)算復(fù)核調(diào)整，并對(duì)調(diào)速器和調(diào)壓閥的開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行整定，整定后的參數(shù)為：調(diào)速器快關(guān)時(shí)間為8.30s～8.38s，調(diào)壓閥慢關(guān)時(shí)間為24.50s～46.50s.廠家技術(shù)人員按這要求對(duì)時(shí)間參數(shù)重新設(shè)置后，再次測(cè)得臺(tái)機(jī)組主接力器關(guān)閉時(shí)間和調(diào)壓閥0～45mm的啟、閉時(shí)間（見(jiàn)表1），從2臺(tái)機(jī)組的主接力器與調(diào)壓閥接力器靜態(tài)協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線（見(jiàn)圖1、圖2）可以看出調(diào)速器和調(diào)壓閥協(xié)聯(lián)較好，能夠滿足要求。

　　4、對(duì)調(diào)壓閥進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)試

　　在調(diào)速器和調(diào)壓閥協(xié)聯(lián)滿足協(xié)聯(lián)要求后，接下來(lái)就要進(jìn)行調(diào)壓閥實(shí)際使用性能測(cè)試，測(cè)試方法主要是2臺(tái)機(jī)進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)，看調(diào)壓閥是否能正常工作，且各項(xiàng)數(shù)據(jù)能否滿足設(shè)計(jì)要求。

　　測(cè)試過(guò)程，機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組蝸殼壓力表處?kù)o水壓讀數(shù)為1.908MPa（194.7m水柱）。1號(hào)機(jī)單機(jī)帶額定負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉開(kāi)度為62.0％，甩負(fù)荷過(guò)程中蝸殼壓力最大值為2.089MPa，上升率為9.49％，機(jī)組最高頻率為73.16Hz，上升率為46.32％；2號(hào)機(jī)單機(jī)帶額定負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉開(kāi)度為61.6％，甩負(fù)荷過(guò)程中蝸殼壓力最大值為2.124MPa，上升率為11.32％，機(jī)組最高頻率為72.06Hz，上升率為44.12％。從記錄結(jié)果看，壓力上升率都在控制要求的20％以下，轉(zhuǎn)速上升率也控制在55％以下，都滿足設(shè)計(jì)要求。

　　當(dāng)1號(hào)機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)開(kāi)始，機(jī)組導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時(shí)，調(diào)壓閥迅速打開(kāi)，經(jīng)過(guò)6.3s左右導(dǎo)葉全關(guān)，此時(shí)調(diào)壓閥的開(kāi)度為57％，行程為45×57％=25.65mm，隨后調(diào)壓閥緩慢關(guān)閉，經(jīng)過(guò)12.7s全關(guān)。蝸殼壓力最大值出現(xiàn)在3.8s的時(shí)候，而機(jī)組轉(zhuǎn)速幾乎同時(shí)也達(dá)到最大值。2號(hào)機(jī)甩負(fù)荷過(guò)程曲線與1號(hào)機(jī)相似。

　　2臺(tái)機(jī)聯(lián)甩100％額定負(fù)荷時(shí)（機(jī)組電氣過(guò)速保護(hù)動(dòng)作，其整定值為150％額定轉(zhuǎn)速）機(jī)組最高轉(zhuǎn)速77.504Hz，上升率55.01％；蝸殼最高水壓2.292MPa，上升率20.13％；甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)調(diào)保計(jì)算要求。如果調(diào)壓閥全開(kāi)的行程能達(dá)到65mm，通過(guò)調(diào)壓閥泄掉的流量會(huì)更大，蝸殼水壓的上升將會(huì)更好地得到控制。

　　5、結(jié)論

　　通過(guò)調(diào)整后，南山電站調(diào)壓閥能夠進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)事故狀態(tài)下的水擊壓力，運(yùn)行情況良好。比較調(diào)壓閥和設(shè)置調(diào)壓室使用效果，雖然調(diào)壓效果不如調(diào)壓室理想，但并不影響工程性能，相對(duì)調(diào)壓室的建設(shè)來(lái)說(shuō)，調(diào)壓閥價(jià)格僅為調(diào)壓井造價(jià)的1／10，取消龐大的調(diào)壓井建設(shè)，不僅節(jié)約三材，還縮短了工期，相信在今后的高水頭中小水電站中應(yīng)該會(huì)得到逐步推廣使用。