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二灘電站水輪機自動化元件的安裝與調(diào)試劉偉(二灘建設(shè)咨詢工程公司,四川攀枝花617000)摘要：闡述了舉世矚目的二灘水電站所采用的水輪機自動化元件,以及幾種自動化元件的安裝與調(diào)試,并對其進行評述,旨在介紹二灘水電站采用的新技術(shù)及新經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：水輪機;自動化元件;安裝;調(diào)試;二灘水電站1概述二灘水電站是中國在20世紀內(nèi)建成的最大的水力發(fā)電站，裝機容量6×550MW。電站采用國際招標，引進了大量國外先進的設(shè)備與技術(shù)，同時堅持高效率、高質(zhì)量的建站思想，培養(yǎng)和鍛煉了一支精干的運行維護隊伍，最終將實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的目標。要實現(xiàn)這一目標，高可靠性、高精度的自動化元件是一個最基本的保證。筆者除介紹與水輪機直接相關(guān)的自動化元件安裝調(diào)試情況外，對調(diào)速器壓油裝置、尾水管排水閥、水機流量監(jiān)測及進水口攔污柵等系統(tǒng)及其自動化元件，也一并作出說明。二灘電站水輪機主要參數(shù)為:額定功率582MW；額定水頭165m；額定轉(zhuǎn)速142.9r/min；轉(zhuǎn)向順時針（由上往下看）；最大飛逸轉(zhuǎn)速275r/min；（189m水頭下）額定流量371m3/s；效率94.05(水輪機出力為561MW時)。2分系統(tǒng)簡介2.1水導(dǎo)軸承水導(dǎo)軸承由4瓣水導(dǎo)瓦組合而成。導(dǎo)瓦浸于水導(dǎo)油槽中，通過大軸旋轉(zhuǎn)帶動下的油循環(huán)和敷設(shè)在油槽中的冷卻水管進行冷卻。在水導(dǎo)油槽蓋板上，沿大軸均勻布置4只RTD（測溫電阻），分別監(jiān)測4瓣水導(dǎo)瓦溫，對稱布置2只RTD監(jiān)視油槽油溫，并排布置4只浮子開關(guān)和1只油位傳感器以及1只油混水探測器，用于油槽油位和油中水分的監(jiān)視。此外，水輪機室側(cè)墻上裝有1只冷卻水流量計，指示流量過低和連續(xù)測流（輸出4～20mA）。在水導(dǎo)軸承處沿X、Y軸方向設(shè)有一對接近型探頭（Proximityprobe）,測量該處大軸的擺度。2.2軸密封與檢修密封機組軸密封由三層帶壓緊彈簧的碳精密封組成，采用潔凈水進行潤滑和冷卻。檢修密封位于主軸密封下部的凹槽內(nèi)，為充氣式橡膠圍帶。主軸密封處對稱安裝了2只RTD監(jiān)視密封運行溫度。水輪機室側(cè)墻上裝有1只軸密封水流量計，指示密封水流量不足，同時提供4～20mA信號連續(xù)示流；3只壓力開關(guān)分別指示圍帶氣壓正常、指示軸密封水過濾器堵塞及軸密封水壓不夠時，停機或禁止機組啟動。2.3頂蓋頂蓋由2塊鋼結(jié)構(gòu)螺栓連接而成，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪區(qū)域和水輪機區(qū)域間的密封隔離。頂蓋上呈120°均勻安裝了3只測振探頭，監(jiān)視其受水力擾動而產(chǎn)生的振動情況。它的某個側(cè)腔上裝有2只浮子開關(guān)，用于水輪機室漲水控制，指示水位高與過高。2.4接力器及其操作機構(gòu)兩只接力器在額定6MPa操作壓力下，通過導(dǎo)葉操作機構(gòu)控制導(dǎo)葉的開度。接力器最大行程為640mm。1號接力器上裝有線性傳感器，指示導(dǎo)葉最大開度限制；2號接力器裝有兩只導(dǎo)葉開度指示開關(guān)，用于補氣系統(tǒng)，分別指示30％、70％開度。每只接力器上均裝有手動鎖定投入指示開關(guān)。另外，20只剪斷銷的信號串聯(lián)后送至水輪機儀表盤內(nèi)的剪斷銷繼電器。2.5主軸補氣機組主軸補氣為自然補氣方式，補氣閥的開度由水輪機端子箱內(nèi)的PLC可編程控制器進行邏輯控制，通過1臺便攜機可以方便地對控制程序進行編輯。當導(dǎo)葉開度分別處于0～30％、30％～70％、70％～100％時，補氣閥相應(yīng)地自動調(diào)整至全關(guān)、60％開度、全開位置。導(dǎo)葉開度信號取自裝于1號接力器側(cè)的兩只位置開關(guān)，補氣閥的位置信號反饋由閥門旁安裝的3只限位開關(guān)完成。上機架區(qū)域有1只浮子開關(guān)，指示補氣頭室水位過高；在水輪機室側(cè)墻上有1只流量計，監(jiān)視補氣潤滑水流量。2.6調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)該系統(tǒng)包括集油槽、壓油罐、3只主油泵和1只輔助油泵等主要設(shè)備，為接力器提供6MPa操作油源。該系統(tǒng)采用了6只壓力開關(guān)，指示壓油罐壓力正常與否，當壓力降到4776kPa時作用于低油壓事故停機，同時1只壓力傳感器用于連續(xù)測壓；1套凸輪式浮子開關(guān)監(jiān)視油罐壓力，實現(xiàn)油泵啟停自動控制;1只油位傳感器，連續(xù)測量油罐內(nèi)的液位；另有1只浮子開關(guān)和1只油位傳感器安裝于集油槽頂部，監(jiān)視其油位；3只主泵和1只輔泵的出口均裝有卸載閥，進行油流控制和油泵保護。2.7尾水放空閥系統(tǒng)站內(nèi)6臺機組共用1套尾水放空閥油壓系統(tǒng)，并具備同時開啟兩只閥門的能力。該油壓系統(tǒng)包括壓油罐、油泵、油槽等主要設(shè)備。采用1套凸輪式浮子開關(guān)，安裝于壓油罐側(cè)，監(jiān)測油罐油位和控制油泵啟停；2只壓力開關(guān)分別控制進氣閥和油罐低油壓報警；以及1只卸載閥對油泵進行油流控制和保護。2.8調(diào)速器系統(tǒng)機組調(diào)速器采用瑞士HV公司提供MIPREG600雙調(diào)節(jié)器。其所需開度信號源于分別安裝于2只接力器上的兩只角位移傳感器；速度信號來自于安裝在下機架區(qū)域的兩組測速探頭，安裝于旋轉(zhuǎn)大軸上的12只永磁鐵會在探頭內(nèi)置線圈中產(chǎn)生可用于測速的感生電勢；同樣,安裝于大軸上的帶孔金屬環(huán)和兩只蠕動探頭，可以監(jiān)測機組是否蠕動；與角位移傳感器通過導(dǎo)鏈聯(lián)系的帶旋轉(zhuǎn)凸輪的總成機構(gòu)，可指示導(dǎo)葉開度處于全開、全關(guān)、空載位置。2.9流量監(jiān)測系統(tǒng)該系統(tǒng)包括兩只壓差傳感器和1面監(jiān)控盤，盤內(nèi)有PLC程序控制器、帶有小鍵盤的監(jiān)視裝置。兩只壓差傳感器分別測量水頭信號Hg和WINTERKENEYDY信號△Hw。兩者均參與凈水頭Hn和過機流量Qf的計算。計算公式如下：Of=K2×(hg)1/2×(△Hw/Hg)k1(1)Hn=Hg (Qf2×0.000028)(2)Qf=K2×(Hn)1/2×(△Hw/Hn)k1(3)EFF=(AP×100000000)/(Qf×K3×Hn)(4)Wc=Qf/AP(5)除上面提到過的參數(shù)Hg（m）、Hn（m）、Qf(m3/s)、△Hw（m）以外，其余幾個參數(shù)意義說明如下：AP為機組有功（MW）;EFF為機組效率（％）；Wc為機組耗水率（m3/MJ）；K1為經(jīng)驗參數(shù)，取值范圍0.4～0.6；K2為經(jīng)驗參數(shù)，取值范圍150～400;K3為經(jīng)驗參數(shù)，取值范圍9600～9900；3幾種自動化元件的安裝與調(diào)試3.1RTD在水輪機部分使用的RTD的測量溫度用以下公式進行計算：Tc=(R-100)/F,其中F=0.392。安裝前需采用水浴法加溫元件至55°C、100°C、以及室溫下，測量其電阻值，用上面公式折算后，計算其測溫誤差應(yīng)小于0.5。安裝后在室溫下再進行一次校驗。出于運行環(huán)境考慮，元件選用抗?jié)駸嵝?，并用止水帶對接線盒蓋螺紋連接等處作了密封處理。3.2浮子開關(guān)與油位傳感器采用兩種浮子開關(guān)，一種是干簧接點式，一種是帶旋轉(zhuǎn)凸輪的總成式。前者如水導(dǎo)浮子開關(guān)，后者如壓油裝置油罐的12對浮子接點。兩種均可通過改變實際液位至整定值再進行調(diào)整。油位傳感器的調(diào)整也類似，當實際油位處于其測量范圍低限時，調(diào)整調(diào)節(jié)螺絲使其輸出4mA，處于高限時，使輸出為20mA。傳感器試驗中使用FLUKE743B型數(shù)字式多功能表計，利用裝置內(nèi)部產(chǎn)生24V直流電為傳感器提供工作電源，輸出電流直接在其液晶顯示屏上讀取，可以方便地進行元件調(diào)整。3.3流量計水輪機部分使用了兩種流量計。一種為轉(zhuǎn)葉式，如主軸補氣潤滑水流量計；另一種為活塞式，如主軸密封水、水導(dǎo)冷卻水流量計。兩種流量計以不同方式驅(qū)動轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上連接了流量指示指針、流量接點，輸出4～20mA連續(xù)測流信號。調(diào)試時，將流量計從管路上斷開，手動旋轉(zhuǎn)指針，檢查指針指示降至整定值時，報警接點動作。在指示值分別為0或滿量程時，調(diào)整流量計輸出分別為4或20mA。3.4壓力開關(guān)與壓力傳感器對兩者調(diào)試方法類似，即從管路上斷開元件，利用“壓力表計校驗臺”對元件施加所需壓力。對壓力開關(guān)而言，按其要求增加或減小壓力至整定值，檢查接點的動作情況，通過調(diào)節(jié)螺栓進行調(diào)整，直至接點按要求動作。試驗中采用FLUKE743B多功能表計和與之配套的FLUKE700P29型壓力傳感器進行壓力測量和試驗記錄，可以方便地記錄被測壓力開關(guān)的動作、返回值，檢查壓力傳感器的測量精度。3.5測振探頭3只頂蓋測振探頭互成120°，水平安裝于頂蓋頂部。其基座焊于頂蓋上，探頭用螺栓與基座緊固連接。這種高靈敏度測振探頭專門用于水輪機組測量低頻振動，由瑞士Vibro-Meter公司生產(chǎn)，型號為SE120。該傳感器包括一個壓電電阻，一個有4只電阻的惠斯通電橋。傳感器輸出4～20mA，輸出靈敏度為2mA/g，工作范圍1～300Hz，誤差為±5％，自帶有屏蔽層的專用連接電纜。其安裝質(zhì)量將直接影響測量結(jié)果。3.6測擺元件水導(dǎo)軸承處沿X、Y軸徑向安裝了兩只測擺元件，通過專用電纜與水導(dǎo)油槽蓋板上、測擺端子盒內(nèi)的信號調(diào)節(jié)器相連接。該套測擺系統(tǒng)由瑞士Vibro-Meter公司生產(chǎn)，采用TQS402（非接觸型傳感器）～IQS452（信號調(diào)節(jié)器）元件，其原理見圖1。
非接觸型傳感器前端有一線圈，當IQS452信號調(diào)節(jié)器發(fā)出高頻信號，即會在線圈內(nèi)引起諧振，在傳感器端部前方形成磁場。如果1個導(dǎo)電物體進入這一磁場，由于渦流效應(yīng)影響，磁路特性就會改變，從而引起線圈中高頻信號幅值的改變。這一幅值正比于傳感器前端與目標物體間的距離。該系統(tǒng)測量范圍為4mm，即0.3～4.3mm，靈敏度為4mV/m。實際安裝時，調(diào)整傳感器與大軸間距離，直至輸出為-4.25V時，將其固定。3.7角位移傳感器由瑞士HydroVevey公司提供，TA型。傳感器固定于接力器上，其中心軸通過兩段連桿與調(diào)速環(huán)相連。對應(yīng)于傳感器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動角度0～60°變化，輸出0～5mA。實際上，當自由狀態(tài)下導(dǎo)葉全關(guān)時，調(diào)整輸出為300μA，傳感器斷線報警為150μA。現(xiàn)場進行了兩只角位移傳感器的線性特性試驗，即其輸出信號與接力器行程的關(guān)系曲線。試驗結(jié)果為一條近似直線[1][2]下一頁