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沖擊式水輪機(jī)專用調(diào)速器的體會(huì)
沖擊式水輪機(jī)專用調(diào)速器的體會(huì) 摘要:在中小型沖擊式水輪機(jī)中,常規(guī)配置YDT等電液調(diào)速器;近些年調(diào)速器廠家研制出了沖擊式水輪機(jī)專用調(diào)速器,已在不少高水頭電站中投入使用,運(yùn)行效果比較理想;通過(guò)對(duì)比兩類(lèi)調(diào)速器的使用情況,簡(jiǎn)要談?wù)勈褂脤Ｓ谜{(diào)速器的一些體會(huì)。
關(guān)鍵詞:水輪機(jī) 調(diào)速器 應(yīng)用體會(huì)
1 概述
沖擊式水輪機(jī)適用于高水頭、小流量的電站,它將來(lái)自壓力管道的水,經(jīng)噴嘴后轉(zhuǎn)換為高速射流,切向沖擊轉(zhuǎn)輪,推動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。為了保證水輪發(fā)電機(jī)組能順利地并網(wǎng)發(fā)電,必須配置調(diào)速器,它的主要功能是在機(jī)組運(yùn)行時(shí),保持其輸出的電能頻率、電壓穩(wěn)定。通常,調(diào)速器是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)人水輪機(jī)的水的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的,對(duì)于沖擊式水輪機(jī)來(lái)說(shuō),就是移動(dòng)噴針以改變噴嘴的開(kāi)度,從而改變水的流量。我廠以往生產(chǎn)的沖擊式水輪機(jī),一般是配置電液自動(dòng)調(diào)速器,近年,調(diào)速器廠家研制出了沖擊式水輪機(jī)專用調(diào)速器(以下簡(jiǎn)稱沖調(diào)),并逐漸在電站中開(kāi)始應(yīng)用。
2 配置電液調(diào)速器時(shí)的特點(diǎn)
電液自動(dòng)調(diào)速器主要是指YDT、YWT型,后來(lái)發(fā)展為使用步進(jìn)電機(jī)PLC的BWT調(diào)速器,它的測(cè)頻放大、回復(fù)及控制部分采用電氣回路來(lái)實(shí)現(xiàn),而液壓放大、反饋機(jī)構(gòu)、作功機(jī)構(gòu)則采用機(jī)械液壓裝置,是目前應(yīng)用最廣泛的調(diào)速器。
由于沖擊式水輪機(jī)的壓力鋼管一般比較長(zhǎng),因此,噴針不能關(guān)閉太快,否則會(huì)產(chǎn)生極大的水壓,危害壓力管的安全,同時(shí),又必須在極短的時(shí)間內(nèi)切除射流,以防止出現(xiàn)飛逸,現(xiàn)在的機(jī)組一般采用噴針與折向器雙重調(diào)節(jié)的操作機(jī)構(gòu)。
電液自動(dòng)調(diào)速器輸出的是扭矩,通過(guò)調(diào)速軸,把調(diào)速器的轉(zhuǎn)臂與水輪機(jī)的操作機(jī)構(gòu)聯(lián)接在一起,調(diào)速器的指令通過(guò)連桿使操作機(jī)構(gòu)中的配壓閥活塞左、右移動(dòng),壓力油通過(guò)配壓閥上的孔口,流人接力器的兩側(cè),操縱噴針啟閉。在調(diào)速軸的適當(dāng)位置,另設(shè)1套拐臂、連桿來(lái)直接控制折向器,以保證折向器與噴針之間的協(xié)聯(lián)關(guān)系。單噴嘴機(jī)組的這種配置已應(yīng)用多年,比較可靠,能保證水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。
而對(duì)于雙噴嘴沖擊式水輪機(jī),在運(yùn)行時(shí)要求上、下噴針能同步移動(dòng),且與折向器保持協(xié)聯(lián)關(guān)系。以前,國(guó)內(nèi)都采用凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)來(lái)完成這一系列動(dòng)作。由于整個(gè)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,死區(qū)較多,而且凸輪、差動(dòng)配壓閥等零件的加工、安裝等方面容易產(chǎn)生誤差,經(jīng)常產(chǎn)生動(dòng)作遲緩,噴針位置控制不夠準(zhǔn)確等現(xiàn)象,這是配置YDT普通調(diào)速器的雙噴嘴沖擊式水輪機(jī)無(wú)法徹底解決的問(wèn)題。
3 配置沖調(diào)時(shí)的特點(diǎn)
沖調(diào)實(shí)際上是改進(jìn)過(guò)的PLC型電液自動(dòng)調(diào)速器,它分單噴嘴用調(diào)速器、雙噴嘴用調(diào)速器,沖調(diào)與普通調(diào)速器的主要區(qū)別在于它輸出的不是扭矩,而是壓力油;由于沖擊式水輪機(jī)是通過(guò)改變噴針的開(kāi)度來(lái)改變其流量,噴針是作直線運(yùn)動(dòng)的,因此只要在噴針后設(shè)置1個(gè)接力器,控制壓力油的進(jìn)出方向,就能直接控制噴針的啟閉,這樣,就可以取消水輪機(jī)上的操作機(jī)構(gòu)。為了讓調(diào)速器減少過(guò)調(diào)節(jié),使調(diào)節(jié)過(guò)程穩(wěn)定,精確控制噴針的行程,要設(shè)置1個(gè)位移反饋裝置。
位移反饋裝置通常有機(jī)械反饋和電氣反饋兩種。機(jī)械反饋是用鋼絲或鋼帶將噴針的位移信號(hào)送到調(diào)速器的回復(fù)軸上,再通過(guò)調(diào)速器內(nèi)部液壓系統(tǒng)和電氣回路共同作用,使主配壓閥的活塞逐漸回到平衡位置,從而使噴針達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);而電氣反饋則是通過(guò)位移傳感器或電位計(jì)等電子元件將噴針的位移信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào),反饋到PLC的A/D接口(模數(shù)轉(zhuǎn)換接口),該數(shù)值與PLC內(nèi)部的計(jì)算值進(jìn)行比較,以決定噴針是開(kāi)還是關(guān)。由于反饋電壓的作用與頻率偏差的作用正好相反,就減緩了接力器的移動(dòng)速度,減小了過(guò)調(diào)節(jié),使調(diào)節(jié)達(dá)到平衡,保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。目前,國(guó)內(nèi)不同廠家生產(chǎn)的沖調(diào)采用的反饋形式各有其特點(diǎn),可根據(jù)不同的機(jī)組的具體情況,選擇合適的反饋形式。
沖調(diào)的另一改進(jìn)是它的軟件系統(tǒng),大多廠家的可編程邏輯控制器(PLC),采用面向硬件仿真編程,采用模塊結(jié)構(gòu),變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)原理,改變了以往采用梯形圖、指令表等程序結(jié)構(gòu),其測(cè)頻環(huán)節(jié)由PLC本身完成,無(wú)須單獨(dú)設(shè)置測(cè)頻電路,提高了測(cè)頻環(huán)節(jié)的可靠性。也有廠家采用PCC(可編程計(jì)算機(jī)控制器),它將原PLC的標(biāo)準(zhǔn)功能和工業(yè)計(jì)算機(jī)的多任務(wù)操作系統(tǒng)集成在一起,配以數(shù)字閥隨動(dòng)系統(tǒng),效果也不錯(cuò)。
當(dāng)雙噴嘴機(jī)組配置沖調(diào)后,就可以取消水輪機(jī)上的凸輪連桿組合操作機(jī)構(gòu),在每個(gè)噴針后設(shè)置1個(gè)接力器,由壓力油根據(jù)調(diào)速器指令直接控制噴針的啟閉。由于調(diào)速器中有兩套相同的液壓隨動(dòng)系統(tǒng),再根據(jù)選定的調(diào)速器反饋形式,在每個(gè)噴針后都設(shè)置相應(yīng)的反饋裝置,分別與一套液壓隨動(dòng)系統(tǒng)相聯(lián);而折向器及其接力器由調(diào)速器中單獨(dú)的1個(gè)電磁閥來(lái)控制,它與噴針不再保持協(xié)聯(lián)關(guān)系,在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),折向器始終處于全開(kāi)狀態(tài),只有在關(guān)機(jī)或緊急停機(jī)時(shí),接力器才動(dòng)作,關(guān)閉折向器;至于上、下噴針如何動(dòng)作、行程多少、折向器何時(shí)關(guān)閉等等,都由PLC中的程序通過(guò)控制壓力油來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣整個(gè)水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)就變得異常簡(jiǎn)單,調(diào)節(jié)的可靠性也大大增強(qiáng)了。
單噴嘴水輪機(jī)的專用調(diào)速器中,只有1套液壓隨動(dòng)系統(tǒng),其他的與雙噴嘴的專用調(diào)速器相同。此時(shí),我們大多選用電反饋裝置,因?yàn)樗惭b很方便,在水輪機(jī)上也不用另加轉(zhuǎn)換裝置,只要1個(gè)支架固定好電位計(jì)或位置傳感器即可;電反饋方式的調(diào)試也比較容易,另外,它對(duì)調(diào)速器的位置沒(méi)有要求,可以任意布置。
4 應(yīng)用實(shí)例
浙江麗水黃樣口電站,裝機(jī)容量為兩臺(tái)800kW的CJA237—W—62/2X7型雙噴嘴沖擊式水輪機(jī),電站的技術(shù)參數(shù)如下:設(shè)計(jì)水頭239m,設(shè)計(jì)流量0.439真/。發(fā)電機(jī)為SFW800—6/1180,調(diào)速器為天津某廠的TDBWCT—2型沖擊式水輪機(jī)專用調(diào)速器。
在設(shè)計(jì)時(shí),考慮到下噴針在廠房平面以下,工作環(huán)境比較潮濕,還有可能發(fā)生滴水滴油等情況,我們對(duì)電位計(jì)、位移傳感器等電氣元件能否長(zhǎng)期可靠工作存有疑慮,所以選擇了機(jī)械反饋方式,并設(shè)計(jì)了1個(gè)反饋機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖1),將噴針的移動(dòng)距離轉(zhuǎn)換為扇形輪的旋轉(zhuǎn)弧長(zhǎng),再通過(guò)5mm的鋼絲繩經(jīng)滑輪反饋到調(diào)速器中的回復(fù)軸上。當(dāng)噴針移動(dòng)時(shí),回復(fù)軸也相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)杠桿使與之相聯(lián)的步進(jìn)電機(jī)發(fā)出位移反饋信號(hào),經(jīng)與PLC的位置信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算后,輸出一個(gè)頻率差值,通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),使引導(dǎo)閥針塞離開(kāi)中間位置;此時(shí),主配壓閥的活塞受壓差作用作相應(yīng)移動(dòng),通過(guò)液壓系統(tǒng)向噴針接力器配送壓力油,同時(shí),帶動(dòng)回復(fù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),通過(guò)杠桿使引導(dǎo)閥針塞回到中間位置,完成一次調(diào)節(jié),從而控制噴針?lè)�(wěn)定在某一位置,以保證機(jī)組頻率和出力的穩(wěn)定。在這臺(tái)機(jī)組的試運(yùn)行時(shí),先進(jìn)行手動(dòng)操作,噴針接到指令后,迅速移動(dòng),沒(méi)有發(fā)生配置普通YDT調(diào)速器時(shí)的滯后現(xiàn)象;自動(dòng)開(kāi)機(jī)起動(dòng)時(shí),機(jī)組自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率,轉(zhuǎn)速迅速上升到同期要求,順利并網(wǎng);接著作帶負(fù)荷試驗(yàn),機(jī)組起動(dòng)并網(wǎng)后,在額定功率的25%、50%、75%各運(yùn)行了30min,在連續(xù)增減負(fù)荷的過(guò)程中,接力器無(wú)擺動(dòng),機(jī)組無(wú)異�，F(xiàn)象,說(shuō)明預(yù)調(diào)好的緩沖參數(shù)是合適的;再滿負(fù)荷運(yùn)行2h,在這過(guò)程中,頻率一直穩(wěn)定在50土0.2Hz之間,出力變化也很小。最后,作甩負(fù)荷試驗(yàn),即在機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí),突然跳閘與電網(wǎng)脫開(kāi),這會(huì)使調(diào)速器的各部件達(dá)到極限,是對(duì)調(diào)速器整體調(diào)節(jié)質(zhì)量的考驗(yàn);分別在額定功率的25%、50%、75%和100%作了甩負(fù)荷試驗(yàn),并對(duì)甩負(fù)荷前后的機(jī)組參數(shù)作了記錄;在甩滿負(fù)荷時(shí),水輪機(jī)折向器能在跳閘2s時(shí)內(nèi)迅速倒下,切斷射流,機(jī)組速率相對(duì)上升了34%,壓力水管的壓力上升了14%左右,噴針接力器關(guān)閉時(shí)間為20s,這些參數(shù)都在允許范圍內(nèi),說(shuō)明調(diào)速器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和速動(dòng)性能良好。經(jīng)72h的試運(yùn)行后,機(jī)組通過(guò)驗(yàn)收,并一直運(yùn)行穩(wěn)定。
5 結(jié)束語(yǔ)
目前,已有多臺(tái)此類(lèi)型的機(jī)組成功發(fā)電,從運(yùn)行情況看,雙噴嘴水輪機(jī)的專用調(diào)速器是很成功的一個(gè)產(chǎn)品,不僅大大簡(jiǎn)化了水輪機(jī)的結(jié)構(gòu),同時(shí)改善了調(diào)節(jié)品質(zhì),提高了調(diào)節(jié)的可靠性。現(xiàn)在,我廠生產(chǎn)的雙噴嘴沖擊式機(jī)組全都配置專用調(diào)速器。我認(rèn)為,專用調(diào)速器不僅能用于新機(jī)組,也可用它對(duì)舊機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造。至于單噴嘴沖擊式機(jī)組,由于配普通調(diào)速器時(shí),結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜,在運(yùn)行時(shí)也比較可靠,因此兩種調(diào)速器都在使用,可根據(jù)用戶喜好去選擇。
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