FC型主配壓閥在若水電站的改造與應用

楊建偉，廖潤，邵建林

（雅礱江流域水電開發有限公司二灘水力發電廠，四川攀枝花617000）

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FC型主配壓閥在若水電站的改造與應用

楊建偉，廖潤，邵建林

（雅礱江流域水電開發有限公司二灘水力發電廠，四川攀枝花617000）

近年來，美國GE公司生產的FC型主配壓閥在大型及特大型機組調速器中廣泛應用。為滿足若水電站的設計要求，我們結合FC型主配壓閥的結構特點，對分段關閉裝置進行改造，以增加純手動操作和自復中功能。其理念與方法可供其他電站引用參考。

FC型主配壓閥；分段關閉；手動操作；自復中功能

0　引言

若水電站位于四川省攀枝花市，為雅礱江流域最末一個梯級電站，共裝設四臺單機容量150MW的軸流轉漿式機組。若水電站屬于擔負調峰任務的大型電站，機組啟停及負荷的調整比較頻繁，對調速器性能要求非常高。為提高系統穩定性，設計采用進口主配壓閥。

發達國家的電網較大，自動化水平和設備可靠性高，調速器故障率低，而且即便出現故障，也可立即停機，因此并未設計純手動操作及斷電自復中功能。而我國電力系統要求調速器必須具有純手動操作功能，并且在出現故障或電源消失時調速器能保持斷電前的狀態，并維持開度和功率不變。因此我們需要在保留FC閥制造精度的前提下，對主配壓閥適當改造并增加必要的部件，以保證FC閥能滿足國內電站要求。

圖1　導葉主配結構原理

1　FC閥結構介紹

1.1FC閥結構

軸流轉漿式機組有兩套主配壓閥，而本次的改造僅僅針對導葉主配壓閥。若水電站調速器導葉主配壓閥型號為FC20000，閥芯直徑為250mm。導葉主配的具體結構如圖1所示。

通過圖1我們可以看出，FC型主配壓閥實際是一個三位四通兩端液控的換向閥。其控制原理在于：兩個液控端液控面積不一樣，一面大一面小。小的一面稱為恒壓端，在正常工作時，只要主配壓閥輔助控制油路閥門打開，恒壓端就通有壓力油；大的一面稱為控制端，其壓力油來自主配壓閥的先導控制部分。當控制端通壓力油，由于受力面積大，主配向左移動，接力器往開機方向；當控制端通回油，在恒壓端壓力油作用下，主配閥芯向右移動，接力器往關機方向。

恒壓端有六角螺栓用于調整開機時間，當螺桿往外擰，閥芯往左位移極限越大，主操作油過流量越大，開機越快；控制端組件中有關機時間調整機構，外側螺桿往外旋越多，閥芯往右位移極限越大，主操作油過流量越大，關機越快；反之，減小開關機時間。FC閥分段關閉裝置也在控制端，當機組關閉過程中到達拐點時，分段關閉裝置的壓力油投入，此時閥芯在右端的極限位置縮小，主操作油過流量減小，關機速度變慢。

FC閥的主要優點在于采用獨特的水平布置，閥芯具有較快速的響應性能；其次配壓閥的遮程非常小，一般小于0.2 mm，具有很高的控制精度，另外閥套上設計有工字型開口及不同數量的圓孔（與流量相匹配），閥具有很高的線性度；整個閥體采用了鑄造結構，具有非常平滑的液壓油流道，大大降低了動態調節過程中的液壓沖擊。而且閥體自帶分段關閉裝置，控制方式簡單，結構緊湊。

1.2FC閥分段關閉改造

FC閥為美國GE公司設計生產，主要面對國外市場，而國外電網與國內又有所不同，FC閥并沒有針對國內要求設計斷電自復中機構；另外手動控制時也不能采用純液壓方式，需要有可靠的電氣閉環手動控制單元。為了更好發揮FC閥的功能，我們根據國內實際情況，將分段關閉裝置適當改造。

原理很簡單，就是將恒壓端組件的內側螺栓向內旋，使得分段關閉裝置可以將主配閥芯頂到中間位，這樣當分段關閉裝置通壓力油的時候，閥芯就會回到中間位置，從而實現定中的作用，根據其作用的改變，我們將此裝置重新命名為定中缸。定中缸的重新設計使得自復中和純手動操作功能得以實現，具體工作原理在第二節會詳細介紹。而閥體本身自帶的分段關閉作用將通過外接分段關閉裝置來實現，具體工作原理見第三節。

圖2　導葉控制原理

2　若水電站導葉液壓控制系統

從圖2我們可以看出，若水電站的調速器導葉液壓控制系統包括兩個伺服比例閥SV1、SV2，切換閥EV1(切換伺服比例閥)，手動增減輔助閥EV2，掉電自復中切換閥EV3（同時也是手動增減輔助閥），手動增加閥EV4，手動減少閥EV5，緊急停機閥EV6、HV及主配壓閥FC20000。

2.1基本控制原理

1）正常情況下，微機通過伺服比例閥SV1控制主配FC來控制接力器的開關狀態。

2）若伺服比例閥SV1故障，微機自動控制EV1切換到a端工作，伺服比例閥SV2工作，正常操作導葉接力器。

3）系統具有緊急停機閥，當操作緊急停機按鈕，電磁閥EV6工作于a端，主配壓閥控制腔直接通回油，定中缸控制腔也通回油，由于主配左腔恒壓腔一直通壓力油，導葉往關方向運動，實現緊急停機。

2.2自復中說明

掉電自復中功能是通過切換閥EV3來控制的，EV3為兩位三通單線圈電磁換向閥，系統正常工作時，電磁線圈常帶電，EV3工作于a端，定中缸DZ的控制腔通回油，自復中功能未投入；當系統掉電的情況下，EV3電磁線圈失電，在彈簧力作用下，EV3切換到b端工作，定中缸DZ控制腔通壓力油，使主配閥芯保持在中間位置，接力器保持在掉電前的位置，實現了掉電自復中功能。

2.3純手動控制說明

在自動控制環節還沒有完善或自動失靈的情況下，如果需要動作接力器，則可以通過手動回路來實現。手動控制功能，由手動增減輔助閥EV2、EV3，手動增加閥EV4，手動減少閥EV5組成。液壓調節柜切手動后，手動增減輔助閥EV3換向，定中缸DZ的控制腔為壓力油，使主配處于中間位置。然后，手動增減輔助閥EV2換向，主配壓閥FC控制腔通回油。操作手動增加閥EV4，控制腔通壓力油，主配往開方向動作，接力器開啟；操作手動減少閥EV5，定中缸DZ的控制腔為回油，主配往關方向動作，接力器關閉。

3　分段關閉裝置

若水電站加裝的分段關閉裝置主要包括：分段關閉裝置本體、分段關閉液壓集成塊、分段關閉楔形板。其中，分段關閉裝置本體串聯安裝于接力器開操作油管上，分段關閉液壓集成塊安裝于接力器旁，分段關閉楔形板安裝在接力器活塞桿上，與活塞桿隨動。分段關閉裝置采用電氣與機械雙冗余的拐點判斷方式。

3.1分段關閉裝置本體

分段關閉裝置本體由插裝閥C5、C6、液控換向閥V3及電磁換向閥V2組成，具體如圖3所示：

圖3　分段關閉裝置本體

V3的液控端接受來自電磁換向閥V2、分段關閉裝置液壓集成塊的拐點位置液壓信號，當液控閥V3的液控端接通回油時，分段關閉裝置投入，當液控閥V3的液控端接通壓力油時，分段關閉裝置退出。

壓力繼電器KD可用于分段關閉裝置動作時的報警。

分段關閉裝置退出時：插裝閥C5和C6的控制端均通回油，C5、C6閥芯打開，接力器在開機和關機過程中，油路均不受插裝閥節流，接力器關閉速率不受影響。

分段關閉裝置投入時：插裝閥C5控制端通壓力油，C5關閉，插裝閥C6的控制端通回油，C6打開。關機過程中，油路只能通過插裝閥C6回到回油箱，可以調節插裝閥C6的閥芯開口大小來調節接力器關閉速率。

這里有一點需要注意，分段關閉的輔助油路取自關操作油管，而并非直接來自壓力罐的輔助操作油路，這是因為曾經有電站出現以下情況，由于調保計算巧合，空載開度正好在分段關閉拐點上，機械拐點無法識別是開機過程還是關機過程，處于拐點范圍內即觸發，所以開機過程空載狀態不穩定，一會兒快一會兒慢。針對這一情況，我們若水電站調速器分段關閉裝置設計中，將分段關閉裝置輔助壓力油（C5液控端壓力油源）取自關腔主操作油管（管路在關機過程通壓力油，開機過程通回油），讓分段關閉裝置只在關機過程作用，不影響開機過程。

3.2分段關閉拐點判斷

電氣判斷：當接力器關閉至拐點位置時，電氣控制柜開出信號動作電磁閥V2（圖3中的V2），V2換向使得去分段關閉裝置本體的液壓信號由壓力油變為回油，分段關閉裝置投入。

機械判斷：當接力器關閉至拐點位置時，安裝于接力器活塞桿上的楔形塊碰觸行程換向閥V1，使得去分段關閉裝置本體的液壓信號由壓力油變為回油，分段關閉裝置投入。分段關閉液壓閥集成塊如圖4所示：

圖4　分段關閉液壓閥集成塊

4　結語

通過FC閥在若水電站的應用，我們發現，將分段關閉裝置調整為定中缸可以使FC閥具備斷電自復中和純手動操作功能，但是為保證分段關閉功能我們需要在油路上另外裝設分段關閉裝置。通過這樣的改動，我們可以在保留進口閥組優點的前期下，使之更符合國內電站的設計要求。2015年3月若水電站首臺機組試運行情況良好，調速系統性能優良，充分證明我們的改造是成功的。此次FC閥的改造方案可供其他電站設計及運行人員參考。

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TV734.4

B

1672-5387（2016）02-0017-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.006

2015-04-18

楊建偉（1992-），男，助理工程師，主要從事水輪發電機調速器的設計與檢修工作。