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ATOS調(diào)壓閥在南山水電站的應(yīng)用
閱讀：986 發(fā)布時(shí)間：2014-1-9 1、工程概況
南山水電站位于泰順縣羅陽(yáng)鎮(zhèn)境內(nèi)的仙居溪支流南山溪上，電站距泰順縣城約12km.整個(gè)工程由水庫(kù)、發(fā)電引水隧洞、壓力明管、電站廠房等建筑物組成，設(shè)計(jì)水頭為177.58m，裝機(jī)容量為2×2500kW，水輪機(jī)型號(hào)為HLA542—WJ—80，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW2500—6／1430，工程以發(fā)電為單一任務(wù)。
電站發(fā)電輸水隧洞沿南山溪大崗頭山脊布置，總長(zhǎng)約1.96km，壓力明管長(zhǎng)270m，由于受地形條件限制，設(shè)計(jì)中采用不設(shè)調(diào)壓室方案。
2、設(shè)置ATOS調(diào)壓閥的原因
由于南山電站工作水頭較高，在不設(shè)置調(diào)壓室的情況下，電站在運(yùn)行中可能會(huì)遇到由于各種事故，引起機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，發(fā)生甩負(fù)荷的情況。在甩負(fù)荷時(shí)，由于導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量急劇變化，水輪機(jī)壓力引水系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生水擊，此時(shí)產(chǎn)生的zui大水擊壓力上升對(duì)壓力引水系統(tǒng)的強(qiáng)度影響特別強(qiáng)烈，嚴(yán)重的會(huì)破壞引水系統(tǒng)，引發(fā)事故，因此必須選擇其他方式來限制水擊壓力升高。
通常限制水擊壓力升高的方法主要有設(shè)置調(diào)壓室、裝設(shè)ATOS調(diào)壓閥、改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律（采用導(dǎo)葉二段關(guān)閉）等。導(dǎo)葉二段關(guān)閉法在低水頭電站應(yīng)用較多。而對(duì)于高水頭電站，多采用設(shè)置調(diào)壓室來調(diào)節(jié)水擊壓力，但調(diào)壓室建造投資大、工期長(zhǎng)，特別容易受地質(zhì)、地形等條件限制，故對(duì)興建調(diào)壓室有困難的，且導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間Tw≤12s的中小型電站可考慮以ATOS調(diào)壓閥代替調(diào)壓室。ATOS調(diào)壓閥的作用在于：在機(jī)組甩負(fù)荷導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時(shí)相應(yīng)地打開泄流，從而降低水錘壓力的上升，待導(dǎo)葉全關(guān)后，再緩慢關(guān)閉，使引水系統(tǒng)的流量緩慢變化，防止引水系統(tǒng)水壓升高及機(jī)組飛車。
3、ATOS調(diào)壓閥選擇及應(yīng)用
3.1ATOS調(diào)壓閥的選擇
南山電站導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間的設(shè)計(jì)值T為8s，符合上面提到導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間Tw≤12s的要求，且無(wú)調(diào)壓室，經(jīng)多方計(jì)算和比較選擇確定，南山電站調(diào)壓設(shè)施采用ATOS調(diào)壓閥作為調(diào)壓方式，ATOS調(diào)壓閥選擇TFW250A／ZD型號(hào)。
3.2ATOS調(diào)壓閥在應(yīng)用過程中的問題及處理方法
TFW250A／ZD型ATOS調(diào)壓閥采用全油壓控制，原設(shè)計(jì)中有1個(gè)節(jié)流孔用于整定ATOS調(diào)壓閥的關(guān)閉時(shí)間。由于ATOS調(diào)壓閥是后來增加的項(xiàng)目，調(diào)速器廠家和ATOS調(diào)壓閥廠家未能及時(shí)溝通，造成節(jié)流孔實(shí)際并不存在，ATOS調(diào)壓閥關(guān)閉時(shí)間不能調(diào)整，且ATOS調(diào)壓閥全行程不能達(dá)到廠家65mm的要求，實(shí)際ATOS調(diào)壓閥的行程只有45mm.對(duì)于調(diào)速器和ATOS調(diào)壓閥的開啟關(guān)閉時(shí)間，設(shè)計(jì)調(diào)保計(jì)算的要求為：無(wú)水狀態(tài)下調(diào)速器快關(guān)（100％～0）和ATOS調(diào)壓閥快開時(shí)間（0～100％）為8.5s，ATOS調(diào)壓閥慢關(guān)時(shí)間（100％～0）為19s；2臺(tái)機(jī)組聯(lián)甩額定負(fù)荷時(shí)壓力上升率控制在20％以下，轉(zhuǎn)速上升率控制在55％以下。按設(shè)計(jì)要求，這2臺(tái)ATOS調(diào)壓閥開啟時(shí)間和開度都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，實(shí)測(cè)快開啟時(shí)間為6s，開度為45mm.經(jīng)分析，系兩者的油缸大小不匹配，ATOS調(diào)壓閥的排油不能全部進(jìn)入調(diào)速器的油缸，致使ATOS調(diào)壓閥排油不盡，從而影響開度。此時(shí)如果要求廠家重新制作更換ATOS調(diào)壓閥將會(huì)嚴(yán)重拖延發(fā)電時(shí)間，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以只能先從技術(shù)上在考慮是否可以通過更改調(diào)速器主接力器時(shí)間來滿足與ATOS調(diào)壓閥的協(xié)聯(lián)。
針對(duì)以上情況，技術(shù)人員重新進(jìn)行調(diào)節(jié)保證計(jì)算復(fù)核調(diào)整，并對(duì)調(diào)速器和ATOS調(diào)壓閥的開啟、關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行整定，整定后的參數(shù)為：調(diào)速器快關(guān)時(shí)間為8.30s～8.38s，ATOS調(diào)壓閥慢關(guān)時(shí)間為24.50s～46.50s.廠家技術(shù)人員按這要求對(duì)時(shí)間參數(shù)重新設(shè)置后，再次測(cè)得臺(tái)機(jī)組主接力器關(guān)閉時(shí)間和ATOS調(diào)壓閥0～45mm的啟、閉時(shí)間（見表1），從2臺(tái)機(jī)組的主接力器與ATOS調(diào)壓閥接力器靜態(tài)協(xié)聯(lián)關(guān)系曲線（見圖1、圖2）可以看出調(diào)速器和ATOS調(diào)壓閥協(xié)聯(lián)較好，能夠滿足要求。
4、對(duì)ATOS調(diào)壓閥進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)試
在調(diào)速器和ATOS調(diào)壓閥協(xié)聯(lián)滿足協(xié)聯(lián)要求后，接下來就要進(jìn)行ATOS調(diào)壓閥實(shí)際使用性能測(cè)試，測(cè)試方法主要是2臺(tái)機(jī)進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)，看ATOS調(diào)壓閥是否能正常工作，且各項(xiàng)數(shù)據(jù)能否滿足設(shè)計(jì)要求。
測(cè)試過程，機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組蝸殼壓力表處?kù)o水壓讀數(shù)為1.908MPa（194.7m水柱）。1號(hào)機(jī)單機(jī)帶額定負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉開度為62.0％，甩負(fù)荷過程中蝸殼壓力zui大值為2.089MPa，上升率為9.49％，機(jī)組zui高頻率為73.16Hz，上升率為46.32％；2號(hào)機(jī)單機(jī)帶額定負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉開度為61.6％，甩負(fù)荷過程中蝸殼壓力zui大值為2.124MPa，上升率為11.32％，機(jī)組zui高頻率為72.06Hz，上升率為44.12％。從記錄結(jié)果看，壓力上升率都在控制要求的20％以下，轉(zhuǎn)速上升率也控制在55％以下，都滿足設(shè)計(jì)要求。
當(dāng)1號(hào)機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)開始，機(jī)組導(dǎo)葉快速關(guān)閉的同時(shí)，ATOS調(diào)壓閥迅速打開，經(jīng)過6.3s左右導(dǎo)葉全關(guān)，此時(shí)ATOS調(diào)壓閥的開度為57％，行程為45×57％=25.65mm，隨后ATOS調(diào)壓閥緩慢關(guān)閉，經(jīng)過12.7s全關(guān)。蝸殼壓力zui大值出現(xiàn)在3.8s的時(shí)候，而機(jī)組轉(zhuǎn)速幾乎同時(shí)也達(dá)到zui大值。2號(hào)機(jī)甩負(fù)荷過程曲線與1號(hào)機(jī)相似。
2臺(tái)機(jī)聯(lián)甩100％額定負(fù)荷時(shí)（機(jī)組電氣過速保護(hù)動(dòng)作，其整定值為150％額定轉(zhuǎn)速）機(jī)組zui高轉(zhuǎn)速77.504Hz，上升率55.01％；蝸殼zui高水壓2.292MPa，上升率20.13％；甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果基本符合設(shè)計(jì)調(diào)保計(jì)算要求。如果ATOS調(diào)壓閥全開的行程能達(dá)到65mm，通過ATOS調(diào)壓閥泄掉的流量會(huì)更大，蝸殼水壓的上升將會(huì)更好地得到控制。
5、結(jié)論
通過調(diào)整后，南山電站ATOS調(diào)壓閥能夠進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)事故狀態(tài)下的水擊壓力，運(yùn)行情況良好。比較ATOS調(diào)壓閥和設(shè)置調(diào)壓室使用效果，雖然調(diào)壓效果不如調(diào)壓室理想，但并不影響工程性能，相對(duì)調(diào)壓室的建設(shè)來說，ATOS調(diào)壓閥價(jià)格僅為調(diào)壓井造價(jià)的1／10，取消龐大的調(diào)壓井建設(shè)，不僅節(jié)約三材，還縮短了工期，相信在今后的高水頭中小水電站中應(yīng)該會(huì)得到逐步推廣使用。