水电站筒阀及同步控制系统

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筒阀控制系统同步性能分析

1筒阀控制原理

(1)正常启闭过程。筒阀正常启闭过程工作原理是:筒阀在正常开停机过程中采用中间快、两头慢的运行方式，即在离全开或全关2%的开度时同步分流器关闭，不工作，只有纠偏阀组打开使筒阀缓慢运动达到全开或全关位置时，筒阀才正常启闭。(2)事故关闭过程。机组事故关闭筒阀过程工作原理:在机组过速情况下，过速装置直接作用于筒阀液压回路，打开分流器使筒阀快速关闭直至全关位置。在此过程中6个接力器由分流器保证同步的同时纠偏阀组也参与同步纠偏。(3)纠偏控制原理。纠偏过程控制原理:开启筒阀过程中，以6个接力器的平均位移为基准;关闭筒阀过程中，以6个接力器的最大位移为基准;当接力器与基准相比较偏差超过2mm时，纠偏阀组开始动作纠偏;当相邻接力器活塞杆位移偏差超过5mm或接力器活塞杆间最大偏差超过12mm时，失步保护动作，筒阀停止，通过纠偏阀组调整同步后，再打开同步分流器油路(接力器动作的主油路)。

2同步分流器的分流性能分析

在正常的开停机流程中，由于筒阀是在导叶关闭后再关闭的，此时筒阀即使失步也不影响机组的安全停机。但是在事故情况下，机组转速无法降低，如果紧急关闭筒阀时却失步无法关闭，这将造成无法想象的后果。锦屏二级水电站筒阀同步分流器采用JAHNS雅恩斯MTL系列径向柱塞式液压同步分流马达，分流精度可达到±0．4%～±0．8%，筒阀需移动距离(即座环固定导叶高度)为786mm，经计算筒阀从全开到全关的接力器最大行程偏差为786×0．8%×2×3=37．7mm，这样造成的筒阀水平倾斜量。筒阀与固定导叶出水边上的导向块间隙为1．2～1．7mm(直径方向上的间隙为2．4～3．4mm)，由此可见筒阀围绕某一接力器而发生37．7mm的倾斜只会造成筒阀水平1．93mm的倾斜量，所以这样筒阀不会因为导向块的间隙不足造成卡死，即在静水条件下只有同步分流器参与的筒阀关闭过程中，筒阀是不会卡阻的。在动水条件下因为筒阀是一个大直径薄壁的非刚性的筒体，那么在下落过程中是无法避免的会与导向块发生碰撞的，但此时纠偏阀组会通过纠偏调节使接力器的行程偏差远远小于37．7mm，即筒阀阀体与导向块的间隙将几乎不会变小而造成卡阻。但是在不62平衡力作用下(如剪断销剪断)筒阀会发生巨大的变形量，发生卡阻的几率会很大，但这不是同步系统的问题而是筒阀阀体的问题。

3机组过速情况下的筒阀同步系统动作分析

当机组过速时，过速切换阀动作后在油路上直接打开接力器下腔液控单向阀使接力器下腔排油回路打通，并且通过综合控制阀组内部液压回路直接打开同步分流器关闭筒阀。电气部分检测到过速信号后，控制纠偏阀组进行纠偏保证筒阀各个接力器的同步。在此过程中同步分流器的动作无需电气信号的控制，完全通过液压部分就实现筒阀关闭，仅仅是纠偏需要PLC控制，但即使是没有纠偏阀动作，同步分流器也可以保证分流精度。机组过速时，同步系统完全可以可靠关闭筒阀。

失电状态下的可操作性

失电状态下压油泵无法启动，所有电磁阀回到失电位，PLC也无电源，开度测量装置也无信号，此时只能人工手动操作液压回路关闭筒阀。在此状态下的可操作性有以下两方面:(1)压油罐的压力油是否足够保证筒阀的关闭。设计时考虑了压力油罐容积能够保证操作接力器3个全行程而不启动油泵。这3个全行程所要求的容积，相应于从最小正常工作油压的油位到压力油罐事故低油压相应的油位。机组正常运行时压力油罐在6．1～6．3MPa(高于最小工作油压6．1MPa)，所以压油罐的容积是完全能够保证筒阀安全关闭的。(2)失电时液压回路是否能够通过手动操作来实现筒阀的关闭。系统失电后所有的电磁阀回到中位或失电位后，筒阀的分流器回路和纠偏回路全部关闭，筒阀保持在全开状态，与筒阀正常全开状态相比只是纠偏回路关闭，其余阀组状态无区别。综合阀组和纠偏阀组中设置了手动操作电磁阀的操作机构，可以控制分流器来实现筒阀关闭。所以，筒阀即使在油压装置油泵失去动力电源、控制系统完全失电的情况下也能够保持在全开状态，紧急情况下运行维护人员可以通过手动操作关闭筒阀。

筒阀运行时的常见故障与处理

(1)油质不洁净与管路差异造成的不同步。管路焊接安装过程中产生的焊渣和杂质一旦进入油系统后将会阻塞同步分流器造成接力器的不同步，也会因为管路长度不一使油压力损失不一造成筒阀不同步。除了在管道焊接完毕后酸洗管道以外，可在反复动作筒阀的同时使用滤油机过滤油杂质，在调试过程中调整接力器进出口油阀门阀门开度以平衡管道长度不一造成的影响。

(2)导向块与限位块制造安装不合格造成的不同步。导向装置是保证筒阀同步运行不可缺少的部分，如果导向装置安装完毕后不合格，那么筒阀不同步的情况很可能发生。顶盖下端面限位块安装完毕后不在同一水平面上也会造成筒阀在全开位置附近造成筒阀不同步。

(3)纠偏方式不合理造成的油混水。筒阀油压系统的油混水原因除了接力器的密封不严外，还与筒阀同步系统选用的基准行程有关。基准行程的选择有以下3种方案。方案A。以接力器位移量最大值作为基准值，PLC根据偏差大小控制其他接力器的纠偏阀组向相应的接力器额外补充压力油，使动作较慢的接力器移动加快，达到同步控制目的。方案B。以接力器位移量取平均值作为基准值，PLC根据偏差大小控制其他接力器的纠偏阀组向相应的接力器额外补充或减排压力油，使动作较慢或较快的接力器移动加快或减缓，达到同步控制目的。方案C。以接力器中位移量最小值作为基准值，PLC根据偏差大小控制其他接力器的纠偏阀组向相应的接力器额外减排压力油，使动作较快的接力器移动减慢，达到同步控制目的。如果基准行程选择不合理，纠偏不及时，动作慢的接力器很容易受到相邻接力器的牵引而使接力器下腔出现负压或是压力小于水压力，造成接力器下腔进水。要使得接力器下腔不进水宜在筒阀开启时选用方案C，关闭时选用方案A以减小接力器下缸可能出现的负压。

(4)其他原因造成的不同步。不同步的其他原因主要还有位移传感器差异造成的"不同步";纠偏PID算法不合理造成的纠偏不到位;分流器精度达不到设计要求等。

作者：窦学刚顾挺张冬生单位：四川锦屏水力发电厂