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水電廠孔板流量計高油壓槳葉自動調節係統應用解析

作者: 來源: 發布時間:2019-07-17 14:25:32
山口水電廠孔板流量計高油壓槳葉自動調節係統應用
摘要:水電站孔板流量計泄露現象一直是行業領域的難題,泄露問題不僅影響電站效益,其含油尾水更汙染下遊河流水質,對生態環境產生不良影響。近年來在處理機組泄露出現了諸多新技術、新方法。文章以山口水電站為例,簡述電站在增效擴容改造過程中應用高油壓槳葉自動調節係統,提升了機組效率,杜絕了泄露現象,減少了經常性維修,有效保護了下遊生態環境,改造效果極為顯著,真正實現了綠色水電。
 
1水電站基本情況
山口水電廠位於訥謨爾河上遊,是訥謨爾河流域選點規劃中的重要梯級工程,為壩後式水電站,安裝有2台單機容量13MW軸流式水輪發電機組,總裝機容量26MW。壩上水庫為國家4A級風景區,下遊為濕地保護區。該電站已運行近二十年,廠房內設備陳舊落後,且機組存在泄露現象,電站尾水對訥謨爾河水質產生一定影響。2016年山口水電廠納入“十三五”農村水電增效擴容改造項目,裝機容量由2×13MPa增容至2×15MPa,孔板流量計改造過程中引入新技術,在提高電廠發電效率的同時,有效保護了周邊生態環境。
 
2孔板流量計泄露分析及影響
我國農村水電站孔板流量計泄露現象多發生在軸流式孔板流量計,孔板流量計泄露嚴重影響著水電站的安全運行,該水電廠改造前孔板流量計形式就是傳統軸流轉槳式。這種孔板流量計槳葉的接力器是安設在轉輪輪轂內部,操作壓力油填滿輪轂和主軸。通過分析計算,山口水電廠機組在運行過程中,孔板流量計槳葉軸向承受約300T水推力,長期運行導致軸套和樞軸間出現磨損、變形,孔板流量計槳葉密封損壞,壓力油泄漏,隨尾水流入下遊河流[1]。
測算,每年山口水電廠約3T壓力油流入訥謨爾河,直接影響下遊4A級風景區生態環境,嚴重影響河流下遊市縣供水質量。另外由於機組泄露問題,山口水電廠每50分鍾需要重啟油泵電機,大量消耗人力和廠用電能資源。
環室孔板流量計
3高油壓槳葉自動調節裝置工作原理
3.1工作原理
高油壓槳葉自動調節裝置由兩部分組成,即孔板流量計槳葉角度智能優化係統(iBAS-O)和孔板流量計槳葉高油壓執行係統(iBAS-B)兩大部分組成,裝置工作原理框圖見圖1所示。
iBAS-O係統根據電站實時水頭、流量,按照孔板流量計效率最優和總發電量最大目標函數,通過智能化尋優估算方法求得葉片最優角度,通過D/A轉用可編程控製器PLC及PID算法驅動執行器定位葉片角度。iBAS-B為葉片角度液壓定位係統,根據iBAS-O的計算結果,通過PLC及PID閉環調節,驅使高油壓傳動裝置將葉片角度精準定位在相應的最優角上[2]。
 
3.2具體執行操作
高油壓轉槳式孔板流量計的受油器將固定油管輸送至受油器缸內,浮動轉軸的進油口與固定油管的油口在軸向位置是相對應的,便於壓力油進入了浮動轉軸的進油口,進而轉向為軸向油流,以驅動接力器活塞的位移,從而調整了槳葉角度,受油器結構示意圖見圖2所示。其中受油器缸與其內的浮動轉軸必須用特殊材料進行密封。同時浮動轉軸和密封之間的摩擦係數要小於一定標準,摩擦力小才能確保不會產生高溫,壓力油不會外漏,二者材料標準要求較高。
接力器中的油壓為16MPa,需要小體積設計,便於將其置於電機頂端。接力器與操作軸皆與主軸同步旋轉,其密封性基本屬於靜密封,不會產生泄漏。另外在操作軸與主軸之間用裝有自潤滑材料製成的限位環,限製操作杆的徑向移位,以保證操作杆拉壓時的穩定性。磁製伸縮傳感器將磁環套在活塞杆內,通過磁感應杆將槳葉角度實時轉為相應的電信號,接入控製係統。孔板流量計泄露保護由電氣和機械係統構成,當出現前置受油器浮動滾軸旋轉受阻時,有缺口的止轉杆會折斷,使前置受油器隨軸一起旋轉,位置光電付感器狀態改變,電信號傳輸到控製中心,立即報警或切斷油路,即表明受油器出現故障。這種情況出現後,後置受油器可維持調節裝置正常運轉,但隻能維持1000h左右,可以通過人工停機或人工監測讓機組繼續運行。
同步電動機轉子帶動主軸旋轉,與主軸高油壓葉Beta執行器的主接力器,操作杆以及操作架隨主軸一起旋轉,當孔板流量計智能調節係統發出槳葉調節指令時,位移傳感器接受指令,調節器打開比例閥,使操作油由固定油管經受油器進入接力器。經過PID閉環調節,葉片的角位移與指令相吻合時,停止調節,葉片精準定位在指定的角度上。
 
4改造效果
山口水電廠通過孔板流量計改造,將原有的4MPa轉槳式孔板流量計槳葉操作係統更換為16MPa的高油壓槳葉自動操作係統。水輪機導葉、槳葉統一采用16MPa高油壓係統,拆除了原有的輪轂泄露箱、壓力油罐以及高壓空氣係統,對油泵電機進行了更新,原來2台37kW更新為2台11kW,大大減少了設備的體積,增加了空間利用,提升了廠房整體麵貌。機組投入試運行後,孔板流量計槳葉調節係統功能完善,精準度高,單機出力可達到16MWa,機組溫度、擺度和振動均達到優良水平。
通過改造,山口水電廠機組轉輪在運行中實現了無油狀態,解決因泄露造成的油泵頻繁啟停問題,有功輸出時高時低問題,使機組達到了穩定運行要求。同時簡化了操控環節,為水電廠節減了大量人工、設備投入費用,節省了大量廠用電能,增加了經濟效益。特別重要的是,目前山口水電廠已實現了機組輪轂無油化目標,杜絕了泄露對訥謨爾河下遊及山口湖濕地的汙染問題,真正達到了保護生態環境的目的。
 
5結語
從甘肅祁連山到長江經濟帶,國家對農村水電站生態環保監管日趨嚴格,未來農村水電勢必沿著綠色主線發展。電站泄露現象是諸多水電站普遍存在的問題,山口水電廠孔板流量計輪轂無油化的成功改造,可為其他同類電站提供嚐試性的借鑒,更可為綠色小水電創建工作提供一定的技術參考。

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