湖南镇电站环形接力器的改造

詹小宝

(浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江 衢州 324000)



湖南镇电站环形接力器的改造

詹小宝

(浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江 衢州 324000)

水轮发电机组部件中有接力器的设备在水电厂正常情况下可以做到水轮发电机组开、停机和紧急备用及事故停机的操作；由于机组启动频繁，通常会出现设备损坏和严重漏油及机组不能开机等问题，影响机组正常发供电和电网的安全。对湖南镇电站4号机组的环形接力器结构及漏油缺陷提出了有效改进措施，在水电厂实现无人值班(少人值守)原则的基础上，不破坏水轮机顶盖和控制环的原结构，改造环形接力器严重缺陷等问题，提出设想并现场实施摇摆式直缸接力器的方案；实施后取得不错的效果。图2幅，表2个。

水电站；水轮发电机组；环形接力器；摇摆式直缸接力器；改造

1 概 述

湖南镇电站位于浙江省衢州市境内，属钱塘江支流，是乌溪江电厂下属湖南镇二级开发的第一级电站，是1个以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运、工农业及市区居民生活用水等综合利用的大型水利枢纽，是华东电网调峰、紧急事故备用主要电站之一，其主体工程由拦河大坝、引水隧洞、厂房、升压站等组成。

湖南镇电站是1958年开工，1962年停工缓建，1970年复工，1979年蓄水发电的。1980年12月电站竣工，装有4台水轮发电机组，总装机容量170 MW。1、2号水轮发电机组由杭州发电设备厂制造，3、4号水轮发电机组由天津发电设备厂生产。

4号水轮发电机组的水轮机型号为HL200—LJ—250，发电机型号为TS520/182—24，最高水头117 m，设计水头90 m，最低水头65 m，额定流量55.7 m/s，额定转速250 r/min，飞逸转速560 r/min，额定出力43.8 MW，额定电压10.5 kV， 额定出力42.5 MW，额定容量50 000 kVA，额定转速250 r/min，功率因数0.85，吸出高程-1.8 m。

4号水轮发电机组接力器采用环形结构，调速器采用东方电机厂生产的DT—100型电液调速器。

2 环形接力器的结构

环形接力器主要由缸体，活塞、节流阀、密封装置、限位块等组成。

运行实践表明，由于环形接力器密封装置的设计、制造及安装调整等多方面的原因，大多数国产机组的环形接力器都存在密封失效快、渗漏油严重等缺陷，最后只能被迫停机检修，给机组的安全经济运行带来重大隐患。

接力器是液压缸将液压能转换机械能的执行元件，又是操作水轮发电机组导水机构的原动力，可操作控制环而转动角度和位移，实现机组开、停，增、减负荷。接力器有两种类型，可分为直缸式和环形式。由于环形接力器结构简单、设备布置紧凑、检修维护方便、经济实惠、传动工作平稳，同时不涉及厂房水工建筑物等特点而在当时得到较为广泛的应用。

湖南镇电站4号水轮发电机组接力器类型是环形接力器(见图1)，没有接力器坑衬和推拉杆，直接布置在水轮机顶盖上。

1：活塞；2：缸体

图1 环形接力器示意

环形接力器又分为活塞固定缸运动和缸固定活塞运动两种。湖南镇电站属于后一种，缸体固定在水轮机顶盖上，缸体中间用隔板将缸体分成开、闭两腔。限位块用来限制和调整接力器活塞的开、闭侧行程。缸盖采用双层密封，内有压环、导向环、弹簧、橡胶圈等。密封圈是依靠本身的自紧力和油压的作用使其唇边紧贴环形活塞而止漏的。

3 环形接力器的缺点

环形接力器活塞直径为φ410 mm，材料为球墨铸铁，接力器个数为2个，设计行程230 mm，最大行程250 mm，额定油压2.5 MPa，操作力为66 t。

环形接力器承受油源压力后，缸和活塞之间产生较大的相对位移和转角，受力情况有所改变。加工精度难以确保相关技术数据要求，如环形断面、定位销位置不准。安装精度难以有效保证。

环形接力器由于活塞作周向运动，一般不装活塞环。

活塞和缸之间架设导向环，在设想中会使位移情况有所改进，但是，因加工和安装实际的要求，它们之间的间隙不能太小，经过一段时间运行，发现导向环出现单边磨损严重，使密封件和金属密封面之间的相对位移逐渐加大，因此，环形接力器密封卷损坏异常频繁。

环形接力器活塞安装在潮湿的水车室内，活塞外露部分受潮湿而生锈，锈蚀往往会造成漏油。

由于当时种种历史原因，环形接力器制造质量不够理想、间隙偏大，特别是环形活塞浇铸存在严重缺陷，凹凸不平，深的坑有2 mm之多，其中好多地方存在浇铸蜂窝状，面积为20～30 mm，最严重的一处有50～60 mm，相互间有串油痕迹；镀铬层脱落后发现。

4号水轮发电机组环形接力器投入正常运行后，由于环形接力器所选用活塞材料为球墨铸铁，没有经过防腐处理，在水轮机层水车室内严重潮湿的条件下运行，活塞很容易产生锈蚀；所以接力器端部密封件选用L型耐油橡胶，但因密封件结构形状存在严重缺陷，容易造成返边情况。另外，由于环形接力器对加工精度要求较高，设计时为保证活塞运行自如，选用的配合间隙较大(2.5 mm)。由于控制环受力后产生的变形较大，且接力器运行过程中容易产生摆动现象，并对密封橡胶件产生较大挤压，更加加剧了返边情况的产生，致使接力器端部密封件经常被破坏，操作压力油源外漏，并逐渐严重；最后发展成每月需停机1次更换密封件，严重影响电站机组的安全运行。

4 环形接力器的消缺

活塞与缸体间隙较大，产生了不规则运动，活塞间隙产生后对密封件有严重破坏。在接力器端部增设1个导向环，以提高耐磨性，延长使用寿命。

由于活塞表面外露，产生锈蚀，故进行镀铬处理，厚度为0.15 mm。处理后运行情况有所好转，密封件的使用寿命从1个月左右延长为5～6个月，产生了较为显著的效果，但仍然影响密封件强度和使用寿命。

乌溪江电厂投入了华东电网的AGC运行，调节频繁使导水机构动作次数增加，由此引起环形接力器也同样进行来回不停运动，造成密封橡胶圈磨损而破裂，产生接力器漏油至严重跑油。更换1次时间大约在5 h左右，增加了检修的工作量，又影响了机组的可调小时。

5 环形接力器的改造

4号水轮发电机组环形接力器经过密封装置的设计、改进与调整，密封性能有了显著改善和提高，更换周期也从原来的每月1次延长为半年1次，但与4年1次相比，还远远不能达到理想目标。所以提出更换为性能优良、品质优秀、设备制造良好、结构紧凑、质量安全可靠的摇摆式直缸接力器，可以避免上述事件的发生。

摇摆式直缸接力器活塞直径为φ340 mm，材料为HT200，接力器个数为4个，设计行程210 mm，最大行程230 mm，额定油压2.5 MPa，接力器操作力为88 t(见图2)。

在调研技术比较的基础上，综合选定哈尔滨电机厂为合作伙伴，设计安装了4只摇摆式直缸接力器。

摇摆式直缸接力器的优点：结构紧凑，制造方便，工作可靠，不易漏油，成本低廉，安装检修维护方便。

摇摆式直缸接力器组成：缸体、活塞、推拉杆、固定支座、密封等。

在原环形接力器基础上，2只改为4只摇摆式直缸接力器，操作力由原来的66 t提高到88 t。

安装摇摆式直缸接力器由定位偏心销调整，材料为35CrMo锻钢。

1：缸体； 2：活塞杆

图2 摇摆式直缸接力器示意

6 改造后的试验情况

为了全面了解环形改为摇摆式直缸接力器的改造效果，进行了静特性试验、效率试验、调保复核试验、 振动摆度测试。

6.1 环形接力器试验结果

(1)静特性试验

静特性试验如下所示(见表1)。

表1 环形接力器静特性试验

由表1得出，转速死区Ix=0.069 7%，小于国标要求的0.08%。

(2)空载扰动试验

上扰：超调量δ(%)=14%；调节时间tp=24.1 s；波动次数=1次

下扰：超调量δ(%)=21.0%；调节时间tp=11.8 s；波动次数=1次

(3)效率试验

在工作水头为92 m，导叶开度约为82.5%时，机组出力可达43.1 MW，水轮机效率为92.1%。试验中最高效率94.5%，发生在导叶开度约为80.1%时，机组出力可达43.8 MW。

(4)调保复核试验

湖南镇电站4号机组带额定出力42.5 MW，静水头约为92 m，单台机组甩负荷结果如下：接力器不动时间为0.17 s，水压上升最大值为19.9%(蜗壳压力从0.92 MPa上升到1.20 MPa)，转速上升最大值为27.0%。

通过甩25%、75%、100%额定负荷3次试验，波动次数均为1次，调节时间小于20 s，水压上升、转速上升和振动摆度各项指标均符合标准要求。

6.2 摇摆式直缸接力器实验效果

(1)静特性试验

静特性试验如下所示(见表2)。

表2 摇摆式直缸接力器静特性试验

由表2得出，转速死区Ix=0.058 6%，小于国标要求的0.08%。

(2)空载扰动试验

上扰：超调量δ(%)=13.5%；调节时间tp=23.5 s；波动次数=1次

下扰：超调量δ(%)=20.4%；调节时间tp=11.3 s；波动次数=1次

(3)效率试验

在工作水头为92 m，导叶开度约为82.5%时，机组出力可达43.1 MW，水轮机效率为92.1%。试验中最高效率94.5%，发生在导叶开度约为79.5%时，机组出力可达43.8 MW。试验结果表明水轮机的额定出力、额定效率及最高效率较改造前没有明显提高。

(4)调保复核试验

湖南镇电站4号机组带额定出力42.5 MW，静水头约为92 m，单台机组甩负荷结果如下：接力器不动时间为0.15 s，水压上升最大值为19.1%(蜗壳压力从0.92 MPa上升到1.12 MPa)，转速上升最大值为26.3%。

通过甩25%、75%、100%额定负荷3次试验，波动次数均为1次，调节时间小于20 s，水压上升、转速上升和振动摆度各项指标均符合标准要求。

7 效果与结论

4号水轮发电机组环形接力器改摇摆式直缸接力器工作是结合机组小修期间进行的，完成施工后，充油操作动作正确，移动平稳。做紧急停机试验时，发现时间从原来的7 s变为9 s，需要重新校验和调整主配压伐节流孔直径。

经过1年多运行，没有发现在运行中有异常情况，运行状态有较好的改善，确保了机组的安全稳定运行，满足“无人值班(少人值守)”等若干规定与要求。

湖南镇电站4号机组环形改摇摆式直缸接力器技术改造是成熟的也是成功的，机组稳定性、效率、出力、摆度与振动等多方面达到了预期的理想效果。整个改造用时短、费用低、效率高、产生效益明显，按每月每次停役5 h计算，每年可节约的费用在20万元以上。

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责任编辑 吴 昊

2014-10-25

詹小宝(1957-)，男，技师，主要从事水电站运行与维护工作。E_mail：839937447@qq.com