熊华章

（大唐华银张家界水电有限公司，湖南 张家界427000）

摘 要：某电厂安装有两台灯泡贯流式机组，机组额定出力为6MW原机组配有重锤，但在油路失压时却无法保证导叶可靠关闭。

就目前较常用的在调速系统增加重锤关机阀的方法，因受到现场各种外在因素影响，很多电厂并未达到预期的目的和效果。所以有必要对运用的每个环节进行研究试验，为加装该阀提供科学的方法。

关键词：重锤关机阀；效果；研究试验

1 项目背景

某水电厂灯泡贯流式机组没有设置快速门，因此设置重锤作为机组防飞逸保护措施，也是最后一道安全保护。但它却不是完全独立的纯机械结构，关机时仍需要油压驱动事故配压阀才能动作。当液压系统因故失压，重锤作为机组最后一道安全保护也会失去作用，它不具备“纯机械”关闭的功能。

完善某水电厂重锤保护有两种方案：

方案一是增加重锤关机阀，方案二增加接力器开启腔和关闭腔直接连通的装置%我们选用方案一，油压系统失压（压力降低至2.8MP）时，解决导叶接力器开启腔的排油和关闭腔补充油的问题，这样接力器活塞在重锤作用下即可关闭导叶。我们选用了某公司ZCGF-100-4.0阀。但重锤本身重量是否足够、动作时油管路压力损失、充液阀开启的压力损失、导叶控制环等摩擦阻力、不同开度下的导水叶阻力矩等都需要进行相关核算研究和试验，最终确定和调整重锤关闭特性（关闭压力定值和关闭时间）。

2 技术方案

2.1 重锤关机的系统原理图(见图1）

2.2 某电厂重锤关机时间估算

2.2.1 基本数据

重锤质量:7.1t

导叶接力器:D300/L_r.799.6/L_‑max810/2X

事故配压阀:DN80

操作管路:DN80

额定压力:4MPa，事故低油压:3.15MPa，最低操作油压:0.6~0.7MPa GD²:550t. m²

图1 重锤关机原理系统图

控制环直径:5400mm

接力器耳环孔至控制环中心距离:3120mm

重锤耳环孔至控制环中心距离:3960mm

关机时间及关机规律:第一段关闭时间折算全行程时间:Tf2=5.7s，第二段关闭时间折算全行程时间:Tf2=28.8s (注:计算采用的是某电厂08年的关机时间数据:第一段4.254s，第二段7.169s，分段拐点:25%)

2.2.2 初步估算

接力器容积:V_a≈113(L)

整定的最大流量Q_a: 1189L/min

重锤对控制环的操作力矩:M_c=2.81x 10⁵ (N.m)

重锤操作力矩折算至单个接力器的操作力:

图 2

重锤操作力矩折算至接力器腔的操作油压:

单独由重锤操作时的关机时间估算结果:T_f ≈87.5s~92s

2.3 重锤关机的系统结构和原理

如图1所示，在重锤关机装置没有投入的情况下，压力控制油X通过手动换向阀MPV、电磁阀EPV的右位进入插装阀C1控制腔，使插装阀C1关闭，切断了接力器开启腔和回油箱之间的油路，同时插装阀C2控制腔接通排油，插装阀C2开启，打开调速器主阀开侧A通往接力器开启腔之间的油路，重锤关机阀起到通路作用，从而实现调速器对机组的正常控制。

当重锤关机装置投入时，电磁阀EPV的关机侧电磁铁GJL得电，压力控制油X经电磁阀左位进入插装阀C2控制腔，使插装阀C2关闭，切断调速器主阀开侧A通往接力器开启腔之间的油路，同时插装阀C1控制腔接通排油，插装阀C1开启，接力器开启腔接通排油。此时，若调速器主阀处

在关机状态，接力器关闭腔通过调速器主阀与压力油相通，这时机组在重锤、水力矩和调速器压力油联合作用下关机;若此时调速器主阀处在开机状态，接力器关闭腔经调速器主阀与排油相通，在重锤自重力及水力矩作用下，接力器活塞向关闭方向运动而关机。若此时调速器主阀处在截比状态，接力器活塞向关闭方向运动的同时，其关闭腔所产生的负压将并联于关闭侧油路上的充液阀SHV打开，使无压油充满接力器关闭腔，从而实现关机。关机的速度可通过插装阀C1控制盖板上的调整螺杆进行调节。

同时也考虑到万一出现因电源消失或阀本身故障的而导致电磁阀没有动作的情况。(从略）

当油压装置油压消失时，重锤关机装置的先导控制部分都处于无压状态，那么，在重锤自重力及水力矩作用下，接力器开启腔的油流可轻松推开插装阀C1的阀芯进入回油箱，使接力器关闭。

3 试验研究情况

（1）2015年3月，完成了两台重锤关机阀的安装，由厂家在现场进行无水试验及空转试验，对产品进行性能测试和检验。测试情况如下(以#1机组为例):无水试验:手动将导叶开到10%，动作重锤关闭阀的手动球阀(电磁阀)，重锤将导叶关回到0.7%。依次将导叶开到20%、50%、70%、85%导叶都是关回到0.7%。导叶从85%到0.7%用时22秒。85%-100%时，重锤关闭阀不动作，将导叶开到100%先用调速器点动一下关机，再动作重锤关闭阀，重锤关闭阀开始动作从90%多到85%关得缓慢。到85%及以下时动作正常。空转试验:将导叶开至空载开度14%，调速器打到自动时动作重锤关闭阀的手动球阀，重锤将导叶关回到13%，调速器打到手动时动作重锤关闭阀的手动球阀，重锤将导叶关回到12%。到12%以后还有关的趋势但很缓慢几乎认为不动。

（2）2015年10-12月期间，做了#1机组的无水状态下的重锤关机阀动作试验和重锤加配重1.5T的两次动作试验。并将两次数据比对得出如下结论:

a.第一次试验中进行了低油压动作试验，导叶开度在100%时的最低操作油压试验中，测得导叶开始关闭时接力器关机腔油压为0.684MPa，开机腔油压为0.164MPa。导叶开度在90%时的最低操作油压试验中，测得导叶开始关闭时接力器关机腔油压为0.312MPa，开机腔油压为0.220MPa。在低油压试验中是通过调速器主配关闭导叶，通过试验结果可以看出，在无油压状态下重锤操作力不足以关闭导叶。

b.第二次进行了重锤加重1.5t后的重锤关机试验，试验中通过操作重锤关机阀关闭导叶，试验结果为在导叶开度83%以上重锤无法关闭导叶，与重锤未加重前的试验结果类似，说明开度83%以上时增加重量无作用。

（3）根据试验情况提出的分析报告及建议。

a.在大开度位置不能实现依靠重锤自重顺利关机，除了有在大开度位置重锤有效力臂相对偏小的原因外，还有在大开度位置(调速环+导水叶+接力器活塞缸）的摩擦阻力相对较大很有关系。

b.考虑到机组运行时满负荷开度在70%左右，只要特别关注70%+5%这一开度范围内是否可以实现依靠重锤自重关机。

（4）由电科院现场检查，再对#1机组进行无水及动水试验。结论如下:

a.导叶开度在80.32% ,50.57% ,15.42%时均能正常关闭，在97.58%时导叶无法正常关闭，说明导水机构机械部分存在卡阻情况。

b.负荷在50% ,100%的情况下，动作重锤关机阀均能将机组关至空载开度，负荷在100%时的关闭时间为3.7s。

4 试验研究的结论

（1）由北京电科院生产的重锤关机阀在某电厂安装后，能对#1,#2机组起到因调速器或液压系统故障时(压力定值2.8MP}的最后一道纯机械保护动作关闭导水叶的作用，关闭导叶时间远远小于机组飞逸允许的时间。

（2）机组运行中，重锤关机阀动作将导水叶关闭至空载开度后，能保证机组的安全可靠的停下。

（3)）#1机组在85%以上开度不能正常动作的原因与控制环部位的卡住有直接的关系，该缺陷计划在机组A级检修中进行处理。