水轮机调速器压力油罐改造后容量核算分析

摘要：本文对水轮机调速器压力油罐改造后的容量进行核算和分析，通过核算分析表明改造后压力油罐满足水轮发电机组黑启动和安全控制的要求。

关键词：水轮机 压力油罐 容量 核算

大唐陈村水力发电厂三台50兆瓦混流式水轮机调速器原压力油罐型号为YS-2.5，容积2.5m3，最大工作压力2.5MPa,系上世纪七十年代东方电机厂产品，已运行40年；电厂利用机组检修机会对压力油罐进行更新改造，改造后压力油罐设计压力2.8MPa,最高允许工作压力2.5MPa, 容积2.3m3。

油压设备为水轮发电机组调速系统提供压力油源，是水轮机调速系统的基础和机组黑启动的关键液压能量；改造后的压力油罐工作压力保持不变，但标称容积有所减小，有必要对改造后的压力油罐进行容量复核分析。

1 调速器油压系统参数

1.1 系统组成

调速器油压装置由压力油罐、回油箱、油泵、压力油罐和回油箱、导叶接力器之间的管路及自动控制元件组成。压力油罐是由钢板焊接而成的蓄能器，内装L-TSA46号汽轮机油和压缩空气，其总容积比例为1:2，系统原理图如图1。

图1油压装置系统图

1.2 油压系统参数

系统正常最大操作油压（停泵压力）P0=2.5MPa；系统正常最小操作油压（主用泵启动压力）P1=2.35MPa；系统事故停机压力1.85MPa；导叶接力器最低油压值1.5MPa。

1.3 导叶接力器参数

（1）导叶接力器:数量2个

（2）活塞直径Dw：450mm

（3）活塞杆直径dw：185mm

（4）行程Lw：410mm

（5）导叶接力器容量计算公式：

其中Vwo为开启方向油容量，Vwc为关闭方向油容量。

（6）计算导叶接力器容量为0.1194m3。

1.4 压力油罐容积参数

压力油罐至调速器的总出油阀设置在压力油罐底部，距离油位计零位500mm，为保证调速系统不进气，底部体积约0.1m3，压力油罐容积综合如下表：

压力油罐 容积（m3）

压力油罐总容积Vpt 2.3

3个接力器行程Vu 0.3582

底部体积Vb 0.1

2 压力油罐容量核算分析

2.1 对油压系统的要求

2.1.1 根据IEC标准中《水电控制系统技术导则》和国家标准中《水轮机控制系统技术条件》要求，压力油罐可用油的体积，在正常工作油压下限和油泵不打油时，至少应能在压力降不超过正常工作油压下限和最低操作油压之差的条件下提供规定的接力器行程数，对混流式机组为3个导叶接力器行程；即紧急情况下保证可靠关闭导叶，切断水源。

2.1.2 在电力系统事故、全厂交流电源中断的特殊情况下，黑启动对于水电厂确保迅速恢复厂用电及保证设备安全具有重要意义。假定机组调速器油压按最不利工况考虑，即在正常最低工作压力时遇紧急停机甩负荷后，调速系统剩余油压应能将机组导叶开启到空载启动开度（一般不超过30%），并维持到发电机建立电压恢复对厂用电供电，在此基础上要求仍能保证机组事故停机的油压，同时注意压油槽的油气比例，压油槽中油位应不低于最低操作油位，这些条件是评判机组黑启动能力的关键指标。为保证机组黑启动成功，机组启动到空载状态时，压力油罐油压应大于系统事故停机压力。

2.2 压力油罐容量复核分析

陈村水力发电厂水轮机调速器为步进式调速器，没有电液转换元件，油压消耗小，主配压阀正常在中间位置时，漏油损耗小于0.7L/min，复核时可忽略不计。

2.2.1 接力器三个行程按PV1.25=常数规律进行，它处于等温规律(状态变化非常缓慢)和具有幂指数为1.4的绝热规律(状态变化非常快)之间。幂指数1.25是根据大型油-气压力油罐的经验得来的经验数据[1]。这样三个接力器行程后的剩余压力Pr计算为：

Pr=P1（）1.25=1.88MPa

剩余压力Pr大于导叶接力器最低油压值1.5MPa，能够保证接力器三个行程所需的操作油压，在紧急情况下具备可靠关闭水轮机导叶，预防事故的发生。

2.2.2 黑启动过程中的油压消耗，假定甩去100%负荷，导叶全关闭；再将导叶开启到机组空载开度（按30%开度计算），此时接力器动作行程油容积为0.1194×1.3=0.1552m3，剩余压力计算如下：

Pr=P1（）1.25=2.14MPa

油压下降到2.14MPa，大于系统事故低油压停机整定值，并留有一定裕度，因此机组调速系统压力油罐容量具备黑启动开机条件。

2.3 调节过程中的油位下降复核

压力油罐内径1100mm，截面积为0.95m2；以发电机层高程为零点，压力油罐正常油位为800mm，油位高报警值900mm，油位低报警值700mm。

2.3.1 导叶三个全行程油耗等效压力油槽油位下降计算：

Vu/0.95=0.3582/0.95=0.377m

在压力油罐正常低油位时，导叶三个全行程动作后压力油罐油位下降377mm，剩余油位323mm（油位计指示23mm）；调速器的总出油阀设置在压力油罐底部，因此可靠保证调速系统不会进入压缩空气。

2.3.2 黑启动时油耗等效压油槽油位下降计算：

0.1194×1.3/0.95=0.163m

机组黑启动开机后压力油罐油位下降163mm，剩余油位537mm，因此压力油罐油容积满足黑启动需要。

3 结语

（1）调速系统压力油罐容量，根据国内外计算公式及国内运行电站的实例，混流式水轮机压力油罐容量应为导叶接力器容积的20～25倍（不含进口阀）[2]；陈村水电厂调速器压力油罐容量选择接近下限，但通过容量的核算分析，能满足技术规程要求，也可保证调节系统稳定性。

（2）水电厂机组黑启动带厂用电，是防范重大事故的重要手段；陈村水力发电厂每年定期对黑启动带厂用电预案进行演练培训和总结，做到常备不懈；通过实际演练，压力油罐容量是满足机组黑启动带厂用电的需要。

（3）通过核算分析，压力油罐控制系统油泵启动、停止定值、油位报警值等热工保护定值满足实际运行工况。

参考文献：

[1] 刘宏宝，水电站调速系统用油压装置的容量选择计算，[J].《黑龙江科技信息》2008年9期

[2] 郭中，水电站油压装置、调速器的油泵及压力罐容量的探讨，[J]. 《2004中国水电控制设备论文集》

作者简介：

欧世强（1974－），男，安徽东至，助理工程师，安徽泾县陈村水电厂设备部，从事水电厂运行管理工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。