红河南沙电站水轮机筒阀液压控制系统

　　南沙水电站位于云南红河干流元阳县境内,距元阳县城2.5 km。共安装3台机组,单机容量50MW^〔1〕。考虑到红河含沙量较大,机组配置了水轮机筒阀及其液压控制系统。筒阀作为水轮机的一种新型进水阀,安装在水轮机固定导叶和活动导叶之间,与传统的球阀和蝶阀相比,具有结构紧凑、重量轻、动作时间短的优点。筒阀关闭时密封性良好,起到止水阀的作用,阻止水流通过,对多泥沙电站,用于停机时保护导水机构免遭间隙空化和泥沙磨损而漏水过大。筒阀开启时缩进水轮机顶盖和座环形成的腔室内,其下端面与顶盖平齐,对过机水流不造成干扰。此外,当调速器或导水机构失灵,机组产生飞逸时,筒阀仍可动水关闭,保护机组免遭逸速损坏^〔2〕。筒阀因直径大、重量重,其开启和关闭均由多接力器(液压缸)执行机构完成。由于筒阀操作过程中本体结构需水平、平稳地运动,不能发生发卡现象,因此需要有可靠的同步系统保证多接力器的同步运行。

　　从水轮机筒阀发展历史看,早期筒阀的控制方式广泛采用机械同步控制方式,如漫湾电站、大朝山电站、石泉扩机电站等^〔3-5〕;随着计算机软硬件技术、传感技术以及现代控制理论等的发展,现在筒阀的控制方式越来越多地采用电液同步控制方式,如小浪底电站^〔6〕。

　　本文以天津大学研制的云南红河南沙水电站水轮机筒阀液压控制系统为例^〔2〕,重点对该系统的速度控制、同步控制等模块进行介绍,并研究水轮机筒阀在不同工况下控制系统的工作原理。该研究对于改善现有水轮机筒阀控制效果,促进水轮机筒阀的推广应用具有重要的理论意义和实际应用价值。

　　1 液压控制系统

　　液压控制系统主要由一套控制阀组,一个分流模块(液压分流马达),6个配油模块组成。液压控制系统方框图如图1所示。

　　本系统采用6个接力器作为液压系统的执行装置。为了实现6个液压缸的同步控制技术要求,可以通过保证每个液压缸进出油量的相等来实现。本系统采用6个径向柱塞液压马达对压力油罐内的压力油进行分流。每个液压马达有两个输油管,其中一个单独连至与其相应的一个接力器下腔,另一油管引向控制阀组。由于6个液压马达在机械上通过齿轮啮合实现同转速,基本上可以保证每个液压马达输出相同的流量。由于该型号的液压马达是可逆式的,所以无论在筒阀开启和关闭过程中,均可实现机械同步。控制阀组和分流模块原理图如图2所示^〔2〕。

　　控制阀组和分流模块主要由电液比例阀301、平衡阀组302、失压保护先导溢流阀304、减压阀305、筒阀初始提升阀303.1和筒阀关闭梭阀310组成,实现筒阀开启和关闭过程中不同过程的控制作用。分流模块由相互啮合的同步马达组成,主要实现控制管路的集中布置。