水電站筒閥及同步控制系統(tǒng)

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筒閥控制系統(tǒng)同步性能分析

1筒閥控制原理

(1)正常啟閉過(guò)程。筒閥正常啟閉過(guò)程工作原理是:筒閥在正常開(kāi)停機(jī)過(guò)程中采用中間快、兩頭慢的運(yùn)行方式，即在離全開(kāi)或全關(guān)2%的開(kāi)度時(shí)同步分流器關(guān)閉，不工作，只有糾偏閥組打開(kāi)使筒閥緩慢運(yùn)動(dòng)達(dá)到全開(kāi)或全關(guān)位置時(shí)，筒閥才正常啟閉。(2)事故關(guān)閉過(guò)程。機(jī)組事故關(guān)閉筒閥過(guò)程工作原理:在機(jī)組過(guò)速情況下，過(guò)速裝置直接作用于筒閥液壓回路，打開(kāi)分流器使筒閥快速關(guān)閉直至全關(guān)位置。在此過(guò)程中6個(gè)接力器由分流器保證同步的同時(shí)糾偏閥組也參與同步糾偏。(3)糾偏控制原理。糾偏過(guò)程控制原理:開(kāi)啟筒閥過(guò)程中，以6個(gè)接力器的平均位移為基準(zhǔn);關(guān)閉筒閥過(guò)程中，以6個(gè)接力器的最大位移為基準(zhǔn);當(dāng)接力器與基準(zhǔn)相比較偏差超過(guò)2mm時(shí)，糾偏閥組開(kāi)始動(dòng)作糾偏;當(dāng)相鄰接力器活塞桿位移偏差超過(guò)5mm或接力器活塞桿間最大偏差超過(guò)12mm時(shí)，失步保護(hù)動(dòng)作，筒閥停止，通過(guò)糾偏閥組調(diào)整同步后，再打開(kāi)同步分流器油路(接力器動(dòng)作的主油路)。

2同步分流器的分流性能分析

在正常的開(kāi)停機(jī)流程中，由于筒閥是在導(dǎo)葉關(guān)閉后再關(guān)閉的，此時(shí)筒閥即使失步也不影響機(jī)組的安全停機(jī)。但是在事故情況下，機(jī)組轉(zhuǎn)速無(wú)法降低，如果緊急關(guān)閉筒閥時(shí)卻失步無(wú)法關(guān)閉，這將造成無(wú)法想象的后果。錦屏二級(jí)水電站筒閥同步分流器采用JAHNS雅恩斯MTL系列徑向柱塞式液壓同步分流馬達(dá)，分流精度可達(dá)到±0．4%～±0．8%，筒閥需移動(dòng)距離(即座環(huán)固定導(dǎo)葉高度)為786mm，經(jīng)計(jì)算筒閥從全開(kāi)到全關(guān)的接力器最大行程偏差為786×0．8%×2×3=37．7mm，這樣造成的筒閥水平傾斜量。筒閥與固定導(dǎo)葉出水邊上的導(dǎo)向塊間隙為1．2～1．7mm(直徑方向上的間隙為2．4～3．4mm)，由此可見(jiàn)筒閥圍繞某一接力器而發(fā)生37．7mm的傾斜只會(huì)造成筒閥水平1．93mm的傾斜量，所以這樣筒閥不會(huì)因?yàn)閷?dǎo)向塊的間隙不足造成卡死，即在靜水條件下只有同步分流器參與的筒閥關(guān)閉過(guò)程中，筒閥是不會(huì)卡阻的。在動(dòng)水條件下因?yàn)橥查y是一個(gè)大直徑薄壁的非剛性的筒體，那么在下落過(guò)程中是無(wú)法避免的會(huì)與導(dǎo)向塊發(fā)生碰撞的，但此時(shí)糾偏閥組會(huì)通過(guò)糾偏調(diào)節(jié)使接力器的行程偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于37．7mm，即筒閥閥體與導(dǎo)向塊的間隙將幾乎不會(huì)變小而造成卡阻。但是在不62平衡力作用下(如剪斷銷剪斷)筒閥會(huì)發(fā)生巨大的變形量，發(fā)生卡阻的幾率會(huì)很大，但這不是同步系統(tǒng)的問(wèn)題而是筒閥閥體的問(wèn)題。

3機(jī)組過(guò)速情況下的筒閥同步系統(tǒng)動(dòng)作分析

當(dāng)機(jī)組過(guò)速時(shí)，過(guò)速切換閥動(dòng)作后在油路上直接打開(kāi)接力器下腔液控單向閥使接力器下腔排油回路打通，并且通過(guò)綜合控制閥組內(nèi)部液壓回路直接打開(kāi)同步分流器關(guān)閉筒閥。電氣部分檢測(cè)到過(guò)速信號(hào)后，控制糾偏閥組進(jìn)行糾偏保證筒閥各個(gè)接力器的同步。在此過(guò)程中同步分流器的動(dòng)作無(wú)需電氣信號(hào)的控制，完全通過(guò)液壓部分就實(shí)現(xiàn)筒閥關(guān)閉，僅僅是糾偏需要PLC控制，但即使是沒(méi)有糾偏閥動(dòng)作，同步分流器也可以保證分流精度。機(jī)組過(guò)速時(shí)，同步系統(tǒng)完全可以可靠關(guān)閉筒閥。

失電狀態(tài)下的可操作性

失電狀態(tài)下壓油泵無(wú)法啟動(dòng)，所有電磁閥回到失電位，PLC也無(wú)電源，開(kāi)度測(cè)量裝置也無(wú)信號(hào)，此時(shí)只能人工手動(dòng)操作液壓回路關(guān)閉筒閥。在此狀態(tài)下的可操作性有以下兩方面:(1)壓油罐的壓力油是否足夠保證筒閥的關(guān)閉。設(shè)計(jì)時(shí)考慮了壓力油罐容積能夠保證操作接力器3個(gè)全行程而不啟動(dòng)油泵。這3個(gè)全行程所要求的容積，相應(yīng)于從最小正常工作油壓的油位到壓力油罐事故低油壓相應(yīng)的油位。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)壓力油罐在6．1～6．3MPa(高于最小工作油壓6．1MPa)，所以壓油罐的容積是完全能夠保證筒閥安全關(guān)閉的。(2)失電時(shí)液壓回路是否能夠通過(guò)手動(dòng)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)筒閥的關(guān)閉。系統(tǒng)失電后所有的電磁閥回到中位或失電位后，筒閥的分流器回路和糾偏回路全部關(guān)閉，筒閥保持在全開(kāi)狀態(tài)，與筒閥正常全開(kāi)狀態(tài)相比只是糾偏回路關(guān)閉，其余閥組狀態(tài)無(wú)區(qū)別。綜合閥組和糾偏閥組中設(shè)置了手動(dòng)操作電磁閥的操作機(jī)構(gòu)，可以控制分流器來(lái)實(shí)現(xiàn)筒閥關(guān)閉。所以，筒閥即使在油壓裝置油泵失去動(dòng)力電源、控制系統(tǒng)完全失電的情況下也能夠保持在全開(kāi)狀態(tài)，緊急情況下運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)手動(dòng)操作關(guān)閉筒閥。

筒閥運(yùn)行時(shí)的常見(jiàn)故障與處理

(1)油質(zhì)不潔凈與管路差異造成的不同步。管路焊接安裝過(guò)程中產(chǎn)生的焊渣和雜質(zhì)一旦進(jìn)入油系統(tǒng)后將會(huì)阻塞同步分流器造成接力器的不同步，也會(huì)因?yàn)楣苈烽L(zhǎng)度不一使油壓力損失不一造成筒閥不同步。除了在管道焊接完畢后酸洗管道以外，可在反復(fù)動(dòng)作筒閥的同時(shí)使用濾油機(jī)過(guò)濾油雜質(zhì)，在調(diào)試過(guò)程中調(diào)整接力器進(jìn)出口油閥門(mén)閥門(mén)開(kāi)度以平衡管道長(zhǎng)度不一造成的影響。

(2)導(dǎo)向塊與限位塊制造安裝不合格造成的不同步。導(dǎo)向裝置是保證筒閥同步運(yùn)行不可缺少的部分，如果導(dǎo)向裝置安裝完畢后不合格，那么筒閥不同步的情況很可能發(fā)生。頂蓋下端面限位塊安裝完畢后不在同一水平面上也會(huì)造成筒閥在全開(kāi)位置附近造成筒閥不同步。

(3)糾偏方式不合理造成的油混水。筒閥油壓系統(tǒng)的油混水原因除了接力器的密封不嚴(yán)外，還與筒閥同步系統(tǒng)選用的基準(zhǔn)行程有關(guān)。基準(zhǔn)行程的選擇有以下3種方案。方案A。以接力器位移量最大值作為基準(zhǔn)值，PLC根據(jù)偏差大小控制其他接力器的糾偏閥組向相應(yīng)的接力器額外補(bǔ)充壓力油，使動(dòng)作較慢的接力器移動(dòng)加快，達(dá)到同步控制目的。方案B。以接力器位移量取平均值作為基準(zhǔn)值，PLC根據(jù)偏差大小控制其他接力器的糾偏閥組向相應(yīng)的接力器額外補(bǔ)充或減排壓力油，使動(dòng)作較慢或較快的接力器移動(dòng)加快或減緩，達(dá)到同步控制目的。方案C。以接力器中位移量最小值作為基準(zhǔn)值，PLC根據(jù)偏差大小控制其他接力器的糾偏閥組向相應(yīng)的接力器額外減排壓力油，使動(dòng)作較快的接力器移動(dòng)減慢，達(dá)到同步控制目的。如果基準(zhǔn)行程選擇不合理，糾偏不及時(shí)，動(dòng)作慢的接力器很容易受到相鄰接力器的牽引而使接力器下腔出現(xiàn)負(fù)壓或是壓力小于水壓力，造成接力器下腔進(jìn)水。要使得接力器下腔不進(jìn)水宜在筒閥開(kāi)啟時(shí)選用方案C，關(guān)閉時(shí)選用方案A以減小接力器下缸可能出現(xiàn)的負(fù)壓。

(4)其他原因造成的不同步。不同步的其他原因主要還有位移傳感器差異造成的"不同步";糾偏PID算法不合理造成的糾偏不到位;分流器精度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等。

作者：竇學(xué)剛顧挺張冬生單位：四川錦屏水力發(fā)電廠