抽水蓄能機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)用導(dǎo)葉調(diào)保計(jì)算

0流量控制裝置的應(yīng)用作為主要的引水旁通裝置之一，速生裝置對(duì)確保設(shè)備按時(shí)、可靠運(yùn)行在不同的場景下發(fā)揮著非常重要的作用。由于微型計(jì)算機(jī)的控制策略、隨著動(dòng)系統(tǒng)的速度和校正的精度，其質(zhì)量改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是很大的?，F(xiàn)有的水電調(diào)速系統(tǒng)用流量控制裝置主要實(shí)現(xiàn)方式分為純機(jī)械，電氣和機(jī)械、電氣冗余控制三種純機(jī)械控制主要采用機(jī)械行程換向閥配合擋塊、凸輪等機(jī)構(gòu)來完成，當(dāng)接力器運(yùn)動(dòng)到某一特定位置時(shí)，觸發(fā)換向閥動(dòng)作，通過液壓系統(tǒng)狀態(tài)的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)接力器運(yùn)動(dòng)速率的控制電氣控制主要采用接力器位置開關(guān)、電磁閥等器件，通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)組狀態(tài)信號(hào)的判斷，改變電磁閥的工作位置進(jìn)而改變液壓系統(tǒng)狀態(tài)，達(dá)到最終控制導(dǎo)葉速率的目的。因?yàn)檫@種方式調(diào)整方便、控制精度高在國內(nèi)外大型水電調(diào)速系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)隨著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性逐步提高和采用多種冗余設(shè)計(jì)方式，減少了因異常掉電或控制電磁閥故障而造成的機(jī)組失控情況的發(fā)生綜合控制則是將電氣和機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合，通過梭閥和換向閥等元件，選擇導(dǎo)葉速率的主控方式。一般正常運(yùn)行時(shí)采用電氣控制，當(dāng)電氣控制失效時(shí)，通過選擇元件的狀態(tài)變化，切換到機(jī)械控制方式下運(yùn)行若機(jī)械元件之間油口的安裝位置不合理，還容易引起各管口之間的壓力波動(dòng)，造成某個(gè)液壓控制功能的誤動(dòng)作總結(jié)國內(nèi)外現(xiàn)有的調(diào)速系統(tǒng)用流量控制裝置產(chǎn)品現(xiàn)狀，三種流量調(diào)節(jié)方式都有一定的不足，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制方式單一和系統(tǒng)可擴(kuò)展性不高等問題，最為重要的是不能滿足敦化機(jī)組在不同工況下導(dǎo)葉多種速率可靠控制的需要。因此設(shè)計(jì)出滿足敦化機(jī)組調(diào)保計(jì)算要求的流量控制裝置并能長期、可靠工作就十分重要。敦化抽水蓄能機(jī)組因高水頭、輸水系統(tǒng)流道復(fù)雜、水泵水輪機(jī)不穩(wěn)定流動(dòng)和機(jī)組慣性等原因，調(diào)保計(jì)算要求也不同于一般水電機(jī)組。具體表現(xiàn)為要滿足機(jī)組在各工況運(yùn)行下多速率開停機(jī)、事故停機(jī)和過速保護(hù)等綜合控制要求，且在電氣調(diào)節(jié)失效的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)葉按照安全的速率關(guān)閉的功能。因敦化機(jī)組導(dǎo)葉接力器要求的操作流量大，考慮插裝閥通流能力大、控制方便，基于此設(shè)計(jì)開發(fā)了適用于敦化機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)用流量控制裝置。裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故關(guān)機(jī)、接受機(jī)械過速保護(hù)裝置液壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)機(jī)組過速關(guān)閉和按照調(diào)保計(jì)算的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)葉多速率精確調(diào)節(jié)等功能1可逆式水泵組敦化抽水蓄能電站是東北電網(wǎng)和吉林電網(wǎng)為提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性而規(guī)劃設(shè)計(jì)的。項(xiàng)目位于敦化市境內(nèi)，工程裝機(jī)容量1400MW，安裝4臺(tái)單機(jī)容量350MW的可逆式水泵水輪機(jī)組，最高揚(yáng)程712m，發(fā)電工況最高水頭694.3m，為我國首個(gè)700m水頭段國產(chǎn)自主化項(xiàng)目敦化機(jī)組的輸水系統(tǒng)引水部分為一洞兩機(jī)供水方式，尾水部分采用兩機(jī)一洞布置方式。調(diào)節(jié)保證計(jì)算是在進(jìn)水球閥不參與過渡過程調(diào)節(jié)（即機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)不允許進(jìn)水球閥以快速關(guān)閉的方式解決蝸殼壓力過高、尾水管進(jìn)口壓力過低的問題）的前提下進(jìn)行的，研究輸水發(fā)電系統(tǒng)在機(jī)組發(fā)電工況突然甩負(fù)荷、抽水工況突然斷電、機(jī)組起動(dòng)等工況下的過渡過程特性。1.1非定常性的水錘現(xiàn)象當(dāng)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行中發(fā)生事故，緊急停機(jī)甩負(fù)荷后，負(fù)載阻力矩瞬間消失，在水流動(dòng)能和勢(shì)能作用下，機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速上升，轉(zhuǎn)速上升率計(jì)算公式為假設(shè)機(jī)組甩負(fù)荷后，蝸殼壓力水管道末端水流狀態(tài)呈現(xiàn)非定常性，與水流速度的變化同時(shí)發(fā)生的有水壓力變化，即水錘現(xiàn)象，則在考慮摩擦因子與水流速度的傾角后流體的流動(dòng)瞬變由下面的流體動(dòng)力學(xué)方程組控制，蝸殼進(jìn)口水錘壓力分別滿足以下動(dòng)量控制方程和流體連續(xù)性方程機(jī)組尾水管進(jìn)口真空度在非恒定流下的表達(dá)式為注：上述公式的假設(shè)條件、推導(dǎo)過程和參數(shù)釋義詳見文末所列文獻(xiàn)。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼進(jìn)水口壓力和尾水管進(jìn)口真空度是機(jī)組甩負(fù)荷狀態(tài)下重要的狀態(tài)控制參數(shù)，直接關(guān)系到機(jī)組和電站的安全運(yùn)行。調(diào)保計(jì)算的重要目的之一就是選擇一種合適的導(dǎo)葉開關(guān)速率，使機(jī)組在甩負(fù)荷時(shí)這三個(gè)重要參數(shù)的變化達(dá)到最優(yōu)控制目標(biāo)。1.2導(dǎo)葉開關(guān)速率將敦化機(jī)組實(shí)驗(yàn)室模型參數(shù)統(tǒng)計(jì)估計(jì)值和現(xiàn)場測(cè)量數(shù)據(jù)帶入1.1節(jié)中方程組，采用水力過渡過程計(jì)算軟件SIMSEN得到計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，綜合考慮水力和機(jī)組慣性、甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率、蝸殼進(jìn)口壓力和尾水管進(jìn)口真空度以及機(jī)組振動(dòng)、限制機(jī)組在倒“S”區(qū)水力振蕩等控制參數(shù)和因素的影響，為使機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)葉開關(guān)速率應(yīng)滿足圖1所示的調(diào)保計(jì)算要求。左側(cè)為機(jī)組在水泵和水輪機(jī)工況下最快開機(jī)速率，右側(cè)為水泵工況下關(guān)閉和水輪機(jī)工況下甩負(fù)荷時(shí)的關(guān)閉規(guī)律。在水泵和水輪機(jī)工況下開機(jī)，導(dǎo)葉接力器從全關(guān)到全開的時(shí)間為20s。水泵工況下采用一段關(guān)閉，關(guān)閉時(shí)間最快為23s。水輪機(jī)工況下采用兩段關(guān)閉，第一段關(guān)閉時(shí)間23.45s，對(duì)應(yīng)接力器從全開到65%的行程；第二段關(guān)閉時(shí)間22.75s，對(duì)應(yīng)接力器從65%到全關(guān)的行程。優(yōu)化導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律是水電站調(diào)保措施之一，合理選用導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律可降低水錘壓強(qiáng)、限制機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，且不需額外增加投資，是一種經(jīng)濟(jì)有效措施可逆式機(jī)組的流量特性曲線在水輪機(jī)制動(dòng)區(qū)及反水泵工況區(qū)存在著不穩(wěn)定倒“S”區(qū)域，宜采用直線關(guān)閉規(guī)律或延時(shí)直線關(guān)閉規(guī)律1.3管進(jìn)口最小內(nèi)水壓力過渡過程分析在參考其他設(shè)計(jì)參數(shù)接近的抽水蓄能電站機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合敦化抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)布置特點(diǎn)及機(jī)組參數(shù)，考慮可能出現(xiàn)的機(jī)組蝸殼進(jìn)口最大內(nèi)水壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率和尾水管進(jìn)口最小內(nèi)水壓力的控制工況，進(jìn)行大波動(dòng)過渡過程分析。按1.2節(jié)中給出的導(dǎo)葉最優(yōu)調(diào)保計(jì)算規(guī)律，機(jī)組重要控制參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如表1所示。計(jì)算結(jié)果顯示，蝸殼最大壓力（考慮壓力脈動(dòng)及計(jì)算誤差修正）為：1140.74m，滿足合同保證值不大于1150m的要求；不考慮相繼甩負(fù)荷工況下，尾水管最小壓力計(jì)算值修正后為12.3m，大于0m；考慮特定時(shí)刻機(jī)組相繼甩負(fù)荷工況，尾水管最小壓力計(jì)算值修正后為-5.73m，大于-8m，滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求；導(dǎo)葉正常關(guān)閉工況，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速上升率為43.43%，滿足不大于45%的控制要求。2裝置工作原理根據(jù)1.2節(jié)中給出的機(jī)組調(diào)保計(jì)算對(duì)導(dǎo)葉開、關(guān)速率要求，流量控制裝置和調(diào)速器應(yīng)實(shí)現(xiàn)四種不同的導(dǎo)葉運(yùn)動(dòng)速率的調(diào)節(jié)、限制功能。為簡化裝置的控制方式，導(dǎo)葉最快的開機(jī)速率，由單獨(dú)設(shè)計(jì)的節(jié)流片調(diào)節(jié)。節(jié)流片安裝在主配壓閥的開腔出口處，在機(jī)組開機(jī)時(shí)間整定好后，可長期、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)葉最快速率的限制。另外三種低于最快速率的整定，由裝置相應(yīng)插裝閥的行程和節(jié)流閥調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。由于調(diào)速系統(tǒng)用流量調(diào)節(jié)裝置還要實(shí)現(xiàn)機(jī)組事故和過速停機(jī)的功能，在裝置設(shè)計(jì)上這兩種工況下關(guān)閉導(dǎo)葉的主操作油路相同，以簡化液壓系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，只是在觸發(fā)關(guān)閉導(dǎo)葉動(dòng)作的方式上不同。事故停機(jī)是通過監(jiān)控對(duì)電磁閥的控制實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉的關(guān)閉；而機(jī)械過速保護(hù)停機(jī)則通過流量控制裝置的液動(dòng)換向閥和插裝閥實(shí)現(xiàn)，沒有電氣控制的參與。流量控制裝置布置在水輪機(jī)層調(diào)速系統(tǒng)用油壓裝置旁邊。圖2(a）為裝置實(shí)物外形照片，圖2(b）雙點(diǎn)畫線內(nèi)為裝置液壓系統(tǒng)，其中操作油用實(shí)線表示，虛線為控制油路。流量控制裝置主要元件包括事故停機(jī)先導(dǎo)電磁閥EV03及液動(dòng)換向閥YD01、水泵和水輪機(jī)工況選擇電磁閥EV02和控制水輪機(jī)工況下分段關(guān)閉功能投入或退出的電磁閥EV01，還包括調(diào)速系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)用插裝閥CV1、CV2，事故動(dòng)作用插裝閥CV3、CV4，水輪機(jī)工況分段投入控制插裝閥CV5和水泵與水輪機(jī)工況選擇插裝閥CV6。通過先導(dǎo)電磁閥控制插裝閥油路的通斷，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)回路的改變，達(dá)到控制導(dǎo)葉在機(jī)組不同工況下最快速率準(zhǔn)確調(diào)節(jié)的目的流量控制裝置對(duì)外連接管路為P0與壓力油源連通，為調(diào)速器失效情況下的事故停機(jī)壓力油源；T1為主油路回油口，壓力油源、回油口、接力器及插裝閥CV3、CV4構(gòu)成裝置事故停機(jī)時(shí)獨(dú)立于調(diào)速器的實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)葉的關(guān)閉油路；TG與TK接口分別與調(diào)速器主閥關(guān)腔和開腔相連，JG與JK接口分別與接力器的關(guān)腔和開腔相連。P1為經(jīng)過精密過濾的控制油路用壓力油接口，T2為控制油路回油口，所有先導(dǎo)控制閥回油經(jīng)T2口單獨(dú)回到油箱。K1口與純機(jī)械過速保護(hù)裝置換向閥控制口連通，機(jī)組正常運(yùn)行換向閥沒有動(dòng)作時(shí)，K1口通壓力油。流量控制裝置全部采用標(biāo)準(zhǔn)液壓元件組合設(shè)計(jì)，所有元件集中安裝在一個(gè)閥塊內(nèi)，減少了連接管路和接頭等漏點(diǎn)，集成和標(biāo)準(zhǔn)化程度高，整體上降低了液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，節(jié)省安裝空間通過插裝閥和節(jié)流閥調(diào)節(jié)螺釘?shù)臋C(jī)械限位，防止機(jī)組在任何情況下出現(xiàn)導(dǎo)葉的移動(dòng)速度快于調(diào)保計(jì)算的要求和可能發(fā)生的蝸殼與尾水管壓力失調(diào)的風(fēng)險(xiǎn)，這種設(shè)計(jì)方法在當(dāng)前水電行業(yè)中普遍采用，只是具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式多樣2.1水輪機(jī)工況關(guān)閉機(jī)組在水輪機(jī)工況下開機(jī)，導(dǎo)葉全行程時(shí)間最快為20s。此時(shí)裝置油路中各插裝閥的通斷狀態(tài)為CV1、CV2開啟，CV3、CV4、CV5、CV6關(guān)閉，調(diào)速器主閥開腔壓力油經(jīng)插裝閥CV2、節(jié)流閥M1與單向閥S1（并聯(lián)）后進(jìn)入接力器開腔，接力器關(guān)腔的油經(jīng)插裝閥CV1和主閥關(guān)腔回到油箱。各先導(dǎo)電磁閥帶電狀態(tài)為事故電磁閥EV03在復(fù)歸側(cè)，EV01電磁閥在水輪機(jī)慢關(guān)側(cè)，EV02電磁閥在水輪機(jī)工況側(cè)。裝置在水輪機(jī)開機(jī)工況時(shí)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)為：用于監(jiān)測(cè)插裝閥CV1、CV2控制腔壓力的繼電器CP1報(bào)出無壓信號(hào)；監(jiān)測(cè)CV3、CV4控制腔壓力的繼電器CP2報(bào)有壓信號(hào)，表示這兩個(gè)插裝閥處于關(guān)閉狀態(tài)；機(jī)械過速保護(hù)裝置未動(dòng)作時(shí)是常壓狀態(tài)，測(cè)壓點(diǎn)PG3有壓；測(cè)量系統(tǒng)壓力的繼電器CP3報(bào)有壓信號(hào)；CV5、CV6插裝閥處于關(guān)閉狀態(tài)，壓力繼電器CP4與CP5報(bào)有壓信號(hào)。所有開關(guān)量檢測(cè)信號(hào)反饋給監(jiān)控系統(tǒng)，用于判斷流量控制裝置的液壓系統(tǒng)狀態(tài)是否與監(jiān)控要求的一致，監(jiān)控通過各先導(dǎo)電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置狀態(tài)的控制。圖3為機(jī)組處于水輪機(jī)工況開啟時(shí)，操作油液流動(dòng)框圖。其中電氣信號(hào)的控制和反饋以虛線表示，油液流動(dòng)方向以實(shí)線表示，以下同。水泵工況下最快開機(jī)時(shí)間也為20s，與水輪機(jī)工況不同的是，此時(shí)電磁閥EV02的水泵側(cè)帶電，將插裝閥CV6打開，從流量控制裝置進(jìn)入接力器開腔側(cè)的途徑與圖3水輪機(jī)工況開機(jī)時(shí)相比增加了插裝閥CV6這一油路。但不管機(jī)組處于水輪機(jī)還是水泵工況，導(dǎo)葉最快開啟速率的限制和調(diào)整都是通過安裝在調(diào)速器主配壓閥開腔的節(jié)流片實(shí)現(xiàn)，故裝置液壓系統(tǒng)狀態(tài)的變化不會(huì)影響導(dǎo)葉最快開啟速率的變化。2.2水輪機(jī)工況關(guān)閉機(jī)組緊急停機(jī)控制分為水泵和水輪機(jī)兩種工況，水泵工況采用一段關(guān)閉，水輪機(jī)工況因考慮機(jī)組突然甩負(fù)荷或增加負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速上升率，蝸殼進(jìn)口和尾水管進(jìn)口壓力、輸水系統(tǒng)壓力、調(diào)壓井和閘門井涌浪等主要控制參數(shù)的相互影響，關(guān)閉規(guī)律經(jīng)優(yōu)化后采用兩段關(guān)閉且速率為先慢后快。2.2.1機(jī)械插裝閥關(guān)閉水輪機(jī)工況下，機(jī)組突然甩負(fù)荷或事故停機(jī)時(shí)（調(diào)速器失效），流量控制裝置事故停機(jī)電磁閥EV03投入側(cè)激磁，插裝閥CV3、CV4上端控制腔通回油，分別在主油路壓力油和接力器開腔回油壓力的作用下將閥芯開啟；同時(shí)插裝閥CV1、CV2則處于關(guān)閉狀態(tài)，即裝置與調(diào)速器主配壓閥的操作油路被截?cái)?。EV02電磁閥的水輪機(jī)工況側(cè)帶電，插裝閥CV6閥芯關(guān)閉。若此時(shí)導(dǎo)葉開度大于拐點(diǎn)開度，即接力器行程在65%～100%之間時(shí)，分段控制電磁閥EV01左端的水輪機(jī)慢關(guān)側(cè)激磁，將插裝閥CV5閥芯關(guān)閉，接力器將按照第一段慢關(guān)的速率關(guān)閉導(dǎo)葉。調(diào)速系統(tǒng)操作油流動(dòng)方向?yàn)椋簤毫τ徒?jīng)過插裝閥CV3進(jìn)入接力器關(guān)閉腔，接力器開腔的油依次經(jīng)過節(jié)流閥M1、插裝閥CV4后回到油箱。通過調(diào)節(jié)閥M1調(diào)節(jié)導(dǎo)葉第一段慢關(guān)速率。圖4(a）為水輪機(jī)工況第一段關(guān)機(jī)時(shí)操作液壓油流動(dòng)框圖。導(dǎo)葉第二段關(guān)閉控制方式為，當(dāng)接力器行程到達(dá)拐點(diǎn)后，分段電磁閥EV01的水輪機(jī)快關(guān)側(cè)激磁將插裝閥CV5閥芯打開，形成與調(diào)節(jié)閥M1并聯(lián)的油路，增大接力器回油油路流量，接力器關(guān)閉速率加快。通過調(diào)節(jié)插裝閥CV5的閥芯行程，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)葉第二段快關(guān)速率的控制。圖4(b）為導(dǎo)葉第二段關(guān)閉時(shí)操作液壓油流動(dòng)框圖。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷或事故情況下緊急停機(jī)，若接力器行程在0%～65%開度之間時(shí)，分段電磁閥EV01的水輪機(jī)快關(guān)側(cè)處于帶電狀態(tài)，將插裝閥CV5閥芯開啟，導(dǎo)葉將按照第二段快關(guān)速率關(guān)閉。2.2.2回油插裝閥控制回路水泵工況下事故關(guān)機(jī)時(shí)裝置各電磁閥狀態(tài)為：事故電磁閥EV03投入側(cè)帶電，YD01液動(dòng)換向閥右端的控制腔壓力油通回油，閥芯在左端彈簧力和液壓力作用下?lián)Q向。此時(shí)壓力油進(jìn)入插裝閥CV1、CV2的上端控制腔，插裝閥關(guān)閉；同時(shí)插裝閥CV3、CV4上端控制腔接通回油，插裝閥開啟；EV01電磁閥的水輪機(jī)慢關(guān)側(cè)激磁，插裝閥CV5閥芯關(guān)閉，電磁閥EV02水泵工況側(cè)帶電，插裝閥CV6開啟。來自壓力油罐的壓力油經(jīng)過插裝閥CV3進(jìn)入接力器關(guān)腔，接力器開腔油經(jīng)節(jié)流閥M1與插裝閥CV6并聯(lián)后經(jīng)插裝閥CV4回到油箱。通過調(diào)節(jié)插裝閥CV6閥芯的行程來實(shí)現(xiàn)水泵工況下最快關(guān)機(jī)時(shí)間23s的要求。此時(shí)流量控制裝置各監(jiān)測(cè)點(diǎn)狀態(tài)為：壓力繼電器CP1、CP3、CP4和現(xiàn)地測(cè)壓點(diǎn)PG3報(bào)有壓信號(hào)，壓力繼電器CP2、CP5報(bào)無壓信號(hào)，圖5為水泵工況關(guān)機(jī)時(shí)操作液壓油流動(dòng)框圖。2.3發(fā)電機(jī)過速保護(hù)在機(jī)組處于水輪機(jī)工況，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)失效和事故電磁閥故障情況下，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作轉(zhuǎn)速時(shí)，安裝在水輪機(jī)大軸上的飛擺在離心力作用下克服彈簧力彈出，推動(dòng)過速保護(hù)裝置機(jī)動(dòng)換向閥閥芯換向，使流量控制裝置K1口的壓力油消失，液動(dòng)換向閥YD01兩端控制腔同時(shí)通回油，其閥芯在左端彈簧力的作用下?lián)Q向，導(dǎo)葉將按照水輪機(jī)工況第一段慢關(guān)的速率關(guān)閉，此時(shí)操作油流動(dòng)方向與圖4(a）相同。2.4流量控制裝置的改進(jìn)(1）為實(shí)現(xiàn)上文分析的液壓系統(tǒng)控制功能，流量控制裝置主油路元件的選型按照“流量遞進(jìn)”的原則進(jìn)行基于上述兩個(gè)元件選型原則，根據(jù)接力器容積和調(diào)保計(jì)算時(shí)間要求確定主操作油路用插裝閥CV1～CV4通徑為DN80，分流油路用插裝閥CV5、CV6、調(diào)節(jié)閥M1和單向閥S1通徑為DN40。這四個(gè)通徑為DN40元件任意兩個(gè)并聯(lián)的總流量，都能滿足接力器最大流量（最快速率）要求。這樣的元件選型和設(shè)計(jì)方式使流量控制裝置總的能量損失不會(huì)過大，且方便對(duì)接力器實(shí)現(xiàn)速率的精確整定，避免液壓系統(tǒng)流量波動(dòng)，以及由此造成的接力器活塞桿在承受外負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)抖動(dòng)或速率突變的情況發(fā)生(2）單向閥并聯(lián)油路設(shè)計(jì)。因機(jī)組開機(jī)速率是所有運(yùn)行工況下最快的，而此時(shí)流量控制裝置的通流量因受到調(diào)節(jié)閥M1的限制（M1閥調(diào)節(jié)機(jī)組最慢關(guān)機(jī)速率即水輪機(jī)第一段關(guān)閉速率）。為增大開機(jī)時(shí)接力器開腔的流量，加快導(dǎo)葉開啟速率，采取與調(diào)節(jié)閥M1并聯(lián)單向閥（S1）的結(jié)構(gòu)以增大開腔流量，滿足機(jī)組開機(jī)時(shí)接力器最快速率要求。(3）分段投入電磁閥采用帶定位的雙穩(wěn)態(tài)電磁閥。原因是若在水輪機(jī)工況下分段投入前機(jī)組緊急停機(jī)，而此時(shí)分段投入電磁閥發(fā)生故障導(dǎo)致切換功能無法實(shí)現(xiàn)或發(fā)生掉電、失電情況，接力器活塞桿將按照第一段慢關(guān)速率運(yùn)動(dòng)到全關(guān)，適當(dāng)允許機(jī)組最高轉(zhuǎn)速值增大，而保證蝸殼壓力和尾水管進(jìn)口真空度在調(diào)保要求范圍內(nèi)，滿足機(jī)組安全停機(jī)要求。(4）采用插裝閥技術(shù)實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)功能的柔性化設(shè)計(jì)。因插裝閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，流量控制裝置的液壓系統(tǒng)功能拓展性高。如可將插裝閥CV1改為閥芯行程調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)開機(jī)時(shí)接力器最快速率的調(diào)節(jié)，可省去主配壓閥上安裝的節(jié)流片。流量控制裝置可根據(jù)不同水電機(jī)組的調(diào)保計(jì)算要求，經(jīng)過對(duì)液壓系統(tǒng)的簡單變化和功能與控制狀態(tài)的重新定義，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)葉速率的精確調(diào)節(jié)。與滑閥結(jié)構(gòu)相比，插裝閥還具有液動(dòng)阻力小、通流能力大、密封性好和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)(5）便于數(shù)字化控制。從原理上講，插裝閥結(jié)構(gòu)是一種“單個(gè)控制液阻”。根據(jù)液壓系統(tǒng)的液阻理論，采用先導(dǎo)電磁閥和插裝閥的設(shè)計(jì)方式，基于先導(dǎo)控制、閥座主級(jí)和插裝式安裝的原則，用插裝閥作為操作油路通道來控制接力器操作油路上液壓油的方向和流量，易于實(shí)現(xiàn)水電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)整體數(shù)字化控制(6）流量控制裝置各種工作狀態(tài)，均有相應(yīng)的壓力繼電器觸點(diǎn)信號(hào)反饋給監(jiān)控，又設(shè)有現(xiàn)地觀測(cè)的壓力表和測(cè)壓接頭，方便遠(yuǎn)方控制和現(xiàn)地觀察及檢修操作。在閥塊內(nèi)部油道設(shè)計(jì)上，將操作油路壓力油和回油與先導(dǎo)控制油路的壓力油和回油分開設(shè)計(jì)，以避免在調(diào)速系統(tǒng)大波動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，因操作油路過大的壓力波動(dòng)而造成控制油路發(fā)生誤動(dòng)作。(7）特殊設(shè)計(jì)的插裝閥閥芯結(jié)構(gòu)對(duì)過流量的精確調(diào)節(jié)。為提高插裝閥閥芯對(duì)流量的精確調(diào)節(jié)作用，將閥芯底部設(shè)計(jì)為在周向開兩個(gè)三角形窗口形狀，以減少閥芯單位位移所產(chǎn)生的過流量變化率，提高速率控制精度。通過對(duì)閥芯與安裝基座間間距的調(diào)節(jié)，閥芯底部三角形窗口與閥座所形成的過流窗口面積的變化率小，過流量便于調(diào)節(jié)，方便對(duì)接力器速率進(jìn)行準(zhǔn)確整定。如圖6所示，左側(cè)為插裝閥閥座、中間為底部帶三角形節(jié)流窗口形狀的閥芯，右側(cè)為安裝在閥芯上部控制腔的彈簧。3試驗(yàn)調(diào)節(jié)時(shí)間為驗(yàn)證流量控制裝置的調(diào)節(jié)性能和流量是否滿足現(xiàn)場使用要求，首先根據(jù)調(diào)保計(jì)算時(shí)間對(duì)現(xiàn)場接力器的容積和廠內(nèi)試驗(yàn)用接力器的容積進(jìn)行容積比計(jì)算。敦化機(jī)組實(shí)際導(dǎo)葉接力器總?cè)莘e為203L，廠內(nèi)試驗(yàn)用接力器容積為73L，容積比為0.36(73/203=0.36）。則當(dāng)調(diào)保計(jì)算要求的機(jī)組最快開機(jī)時(shí)間為20s時(shí)，廠內(nèi)試驗(yàn)調(diào)節(jié)時(shí)間應(yīng)達(dá)到7.2s(20×0.36=7.2）。其他在廠內(nèi)對(duì)流量控制裝置測(cè)試項(xiàng)目的時(shí)間要求都由同樣的容積比計(jì)算得到。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)對(duì)水輪機(jī)工況下第一段和第二段關(guān)閉速率的測(cè)試調(diào)節(jié)，將接力器在兩段的關(guān)閉時(shí)間所對(duì)應(yīng)的速率折算到按此速率移動(dòng)全行程時(shí)所需的時(shí)間。因接力器在水輪機(jī)工況第一段需8.46s開度變化35%，則按此運(yùn)動(dòng)速率，廠內(nèi)試驗(yàn)時(shí)全行程時(shí)間應(yīng)為24.2s(8.46/0.35=24.2），第二段試驗(yàn)時(shí)間采用相同方法得到。這樣的測(cè)試方法有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是避免了因分段關(guān)閉投入點(diǎn)測(cè)量不準(zhǔn)確造成的接力器速率調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確；二是廠內(nèi)試驗(yàn)因沒有監(jiān)控系統(tǒng)參與，無法對(duì)分段電磁閥進(jìn)行精確的投退控制。故廠內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，若接力器移動(dòng)速率能夠滿足按照導(dǎo)葉第一和第二段關(guān)閉時(shí)間折算所得到的全行程時(shí)間的要求，則認(rèn)為流量控制裝置的通流能力能夠滿足現(xiàn)場使用要求。廠內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)間折算結(jié)果如表2所示。因機(jī)組開啟和水泵工況關(guān)機(jī)時(shí)導(dǎo)葉按照固定速率移動(dòng)全行程，沒有分段過程，故不存在時(shí)間折算步驟。3.1液壓控制系統(tǒng)將流量控制裝置與調(diào)速系統(tǒng)在廠內(nèi)通過高壓軟管連接，壓力設(shè)定為系統(tǒng)額定工作壓力。圖7為設(shè)備廠內(nèi)試驗(yàn)時(shí)照片，其中左側(cè)為調(diào)速系統(tǒng)用油壓裝置，回油箱上安裝調(diào)速系統(tǒng)液壓控制閥組、主配壓閥及機(jī)械控制柜。液壓控制閥組各控制電磁閥和主配壓閥活塞位移傳感器接線通過機(jī)械控制柜與調(diào)速系統(tǒng)電氣控制柜或機(jī)組監(jiān)控連接。主配壓閥的開關(guān)腔通過軟管與流量控制裝置TK和TG口相連，裝置的JK和JG口分別連接廠內(nèi)試驗(yàn)用接力器的開關(guān)腔，P0口接恒壓油，T1口直接連接回油箱。K1口接帶閥門的三通口，以模擬機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作。廠內(nèi)連接完全模擬敦化機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)場連接情況，滿足對(duì)調(diào)速系統(tǒng)和流量控制裝置整體聯(lián)調(diào)和單獨(dú)測(cè)試的條件3.2試驗(yàn)過程及驗(yàn)證在廠內(nèi)完成了對(duì)流量控制裝置的事故停機(jī)功能測(cè)試、模擬機(jī)械過速保護(hù)裝置動(dòng)作、導(dǎo)葉最快開啟速率、水泵工況下導(dǎo)葉最快關(guān)閉速率、水輪機(jī)工況下導(dǎo)葉分別按第一段和第二段關(guān)閉速率移動(dòng)全行程等試驗(yàn)，接力器速率曲線如圖8所示。速率曲線顯示，流量控制裝置的通流能力在額定操作壓力下，滿足機(jī)組調(diào)保計(jì)算的時(shí)間要求，動(dòng)作響應(yīng)迅速和速率調(diào)節(jié)精度符合要求。接力器位移曲線近似為直線，表明裝置對(duì)導(dǎo)葉速率控制平穩(wěn)、接力器活塞桿沒有抖動(dòng)、爬行現(xiàn)象，在機(jī)組工況轉(zhuǎn)換時(shí)負(fù)載對(duì)液壓油路壓力沖擊小圖8(a）顯示在水泵和水輪機(jī)工況下接力器開機(jī)全行程移動(dòng)時(shí)間為22.92-14.02=8.90s，比廠內(nèi)要求的開機(jī)時(shí)間7.2s慢1.7s，主要是因?yàn)殚_機(jī)時(shí)間（機(jī)組最快運(yùn)動(dòng)速率）的調(diào)整是通過節(jié)流片來完成，廠內(nèi)試驗(yàn)留有一定的余度，以方便設(shè)備到現(xiàn)場后，根據(jù)機(jī)組在現(xiàn)場開機(jī)時(shí)間測(cè)試結(jié)果，對(duì)節(jié)流片進(jìn)行精確的擴(kuò)孔以增大流量，加快接力