筒阀在小浪底水电站的应用

　　筒阀在小浪底水电站的应用丁焱李涛李鹏（小浪底水利枢纽建设管理局，河南济源454681）小浪底水利枢纽工程为减小高泥沙含量水流对导叶的磨蚀采用了筒阀，本文从筒阀的概况、电气同步原理、首台机调试筒阀中出现的问题和处理方法等方面对小浪底筒阀进行了全面介绍。

　　筒阀位置量测装置同步装置小浪底水利枢纽工程位于河南省洛阳市以北约40km河中游后一段峡谷的出口处，是一个以防洪、防凌、减淤效益为主兼顾供水、灌溉、发电效益的综合利用水利枢纽工程。小浪底水电站共有6台单机容量30万kW的混流式水轮发电机组，总装机容量180万kW多年平均发电量51亿kWh. 1筒阀概况黄河上游为少沙河段，中游流经黄土高原水土流程序检测结果表明基本和上述规律一致略有些出入是由于偶然误差造成的。周边一些点正偏差大，这是由于加工后一刀刀具挤压造成的，经后序抛磨后可以消除。经三维划线机复验结论也基本一致。

　　从加工质量来看完全达到了预期标准，由于刀花均匀可以以波谷为基准进行后序抛磨既可避免产生人为误差又减少了劳动量。

　　另外，数控机床加工轴流式叶片两肩是当前发展的方向，它不但可以提高表面质量，降低劳动强度，而且还为单独生产叶片提供了一种加工方法，缩短了加工周期节约了工装费用具有较高的实用性。

　　失严重至中、下游小浪底部分河段汛期平均含沙量高达48.7kg/m3，为减少停机时高泥沙含量水流对导叶的磨蚀，保证设音的安全运行。小浪底水电站没有采取常规电站使用的球阀和蝶阀，改为采用筒阀。

　　69m，由29cm厚的普通钢板在工厂经卷板、组圆、加工而成。为了便于海外和国内运输，筒阀分两瓣出厂在工地组焊。

　　筒形阀作为一种断开阀安装在水轮机导水机构内。关闭时，筒形阀在水轮机的固定导叶和活动导叶姬生飞1973-），1995年毕业于哈尔滨工业大学流体传动及控制专业，获工学学士，现从事大型水轮机制造工艺研究。

　　王启会1971-），1993年毕业于上海交通大学工程力学专业，获工学学士，1993年入哈尔滨电机厂从事水轮机工艺，计算机和数控编程等工作，工程师，现在哈尔滨工业大学攻读硕士学位。

　　大电机技术之间作为止水阀开启时，位于水轮机座环和顶盖间的腔室内。其正常操作过程为在活动导叶全部关闭后关闭在导叶开启前开启。在紧急情况下，筒阀能够动水关闭，相当于一般电站事故门的功能。筒阀的紧急关闭时间在74+内完成正常开启的时间在，0+内。

　　2筒阀的操作原理小浪底电站的筒阀操作机构由5个直缸液压接力器驱动，和调速器共用一套油压装置，操作压力6.4 MPa.从调速器集油箱中引出一根压油管经5个分液马达将压力油平均分配给5个接力器，以保证筒阀运行平稳。

　　在保证5个液压接力器同步方面，美国VOI1H公司未采用漫湾电站画内使用筒阀的水电站IP样的机械同步方式改为采用电气同步的原理，使精度更进了一步。同时简化了机坑布置和对设备加工精度的要求。

　　为保证筒阀平稳运行，避免在运行过程中发生倾斜和卡阻，筒阀操作系统设计了位置测量装置和同步装置。

　　2.1位置测量装置位置测量装置由位于接力器缸上的位置传感器和OTA-D11数字处理器组成，位置传感器根据磁致伸缩的原理工作。此测量系统的精度可达0.001英寸25X9）。根据被测量设备的行程不同，数字处理器可有1"20根输出线。小浪底电站筒阀位置量测系统的精度为000！英寸，共有M根输出线，也就是说接力器每移动0 002英寸，在处理卡上就进一位。16位的离散输入线反馈至SAAPUC这16位离散输入被视为十二进制数，经PUC转化为十进制数后表示接力器位置。测量系统如圄2模型所示。

　　22同步装置筒阀在运动过程中如果倾斜度在允许的范围之内测认为筒阀的5个接力器是同步的，筒阀在此情况下不会发生卡阻现象。筒阀运动过程中允许的倾斜度是由筒阀的行程决定的，即筒阀运动过程中允许的倾斜率为筒阀行程的函数。函数关系如圄3所示。圄中横坐标表示筒阀的行程，纵坐标表示运动快和慢的两个接力器的位置差。从圄中可以看出圄形下的部分即为允许的倾斜范围，在筒阀操作开始和即将结束时所允许的倾斜度比在中间位置要小得多。

　　筒阀的控制系统不断对从5个SAAPUC中输出的接力器位置进行计算，以确定基准位置并将其余4个接力器的位置与基准位置相减得出大位置差，即圄3所示的纵坐标。在筒阀关闭的过程中运动快的接力器位置被认为是基准位置；在筒阀提起的过程中，运动慢的接力器位置被认为是基准位置。也就是说，海拔位置低的接力器始络被认为是基准位置接力器。

　　将计算出的大位置差与允许的位置偏差相比较，当大位置偏差达到允许位置偏差的30时，控制系统使与基准位置相差大的那个接力器（即在筒筒阀在小浪底水电站的应用图）阀关闭过程中运动慢的那个接力器和筒阀在开启过程中运动快的那个接力器）的低位控制电磁阀动作4中SV14），接力器下腔排油洳偏差继续增加，当达到允许偏差的70时，将此接力器的高位控制电磁阀4中SV15）也打开，排油量加大，以减小大偏差量。

　　在接力器行程的任一位置，当实际偏差大于允许的偏差值时，空制系统将使筒阀停止动作，并控制筒阀朝相反方向运动60s，以矫正偏差，如偏差被矫正过来，则筒阀朝原方向运动；如偏差未被矫正过来，则筒阀朝相反方向再运动60s，如此时偏差量被矫正过来，筒阀朝原方向运动如仍未矫正过来则」筒阀停止运动并发出卡阻报警信号。

　　筒阀控制系统具有自诊断功能，当一个传感器失图灵时，系统报警，但筒阀继续朝原方向运动；当两个或两个以上传感器失灵时，空制系统关闭禁止筒阀运动处理器图大电机技术直至故障解除。

　　2.3筒阀的操作方式小浪底电站筒阀的控制方式分为现地手动、现地自动和远控三种方式。在现地自动和远控方式下，筒阀以大速度运行运行速度由控制系统决定为接力器行程的函数，大运行速度与接力器行程的关系如圄5所示。筒阀控制系统通过对液压系统一个配压阀开度的控制来控制通往接力器的压力油的油量从而控制筒阀的运行速度。在现地手动模式下筒阀的运动速度是由手柄）*1控制的，筒阀的运动速度与手柄的运动速度成正比。

　　3筒阀在安装及调试过程中出现的问题及处理方法在筒阀安装的过程中发现由于筒阀加工过程中的失误，位于筒阀体上的导轨与位于座环固定导叶和顶盖支撑环上的导轨不能芫全匹配。处理方法为将筒阀重新吊起，将位于筒阀体上的导轨由原来的50.25mm加竟至76mm在筒阀的调试过程中发现：1）筒阀不能自动运行包括现地自动模式和远控模式）；2）当采用手动模式时，筒阀在开启至96高程时发生卡阻现象，从96高程关闭至0时运行正常。

　　根据上述情况，在与厂家协商后初步分析在手动控制方式下筒阀开启至96发生卡阻的原因可能有两个：一是位于5个筒阀接力器缸上面的限位块位置有差异，致使筒阀在上升至96时发生倾斜，产生卡阻现象；二是位于筒阀机械锁定杆中的筒阀位置传感器存在误差，在筒阀已经上升至全行程时控制系统误判断为96，并发出卡阻信号。根据上述原因分析和计算机上模拟显示的5个接力器位置读数，首先将下游侧两个接力器缸上的限位块上移接力器在筒阀行程96时位置偏低），经上述调整后，筒阀在手动方式下上升行程可达98，但当行程达到98时仍有卡阻现象，经过对显示行程98时的筒阀实际位置进行测量，确认此时筒阀已到全开位置，说明位置传感器存在偏差，故在以后几台机的设计中加大了锁定杆的长度。经上述两项调整后筒阀在手动方式下运行正常。

　　根据筒阀在手动方式下运行正常而不能进行自动操作，且自动操作的筒阀运行速度高于手动操作的情况，在与供货商充分交换意见后认为可能是由两个原因造成的：一是5个位置传感器的性能不一致。在运行速度较快的情况下，当实际位置偏差还未超过允许值时，传感器的计算位置偏差已大于允许位置偏差。

　　二是根据计算机模拟显示2、5号接力器的位置总是偏低，可能是25号接力器的位置测量装置处理卡存在问题，因而计算出的位置存在偏差。根据上述分析，首先将25号接力器的位置测量处理卡换至2、3号接力器上。结果发现，筒阀仍不能自动运行且25号接力器位置仍然偏低。因此，判定4、5号接力器位置传感器的性能与1、2、3号接力器存在偏差。于是更换了4、5号接力器的位置传感器，筒阀随后也运行正常。

　　目前，小浪底电站的筒阀运行良好。因目前水头偏低且未经过汛期运行检验对漏水量、磨蚀量等技术指标还有待今后进行考核。但此种以电气同步为原理的筒阀在小浪底电站的尝试运用，为筒阀在水电站的广泛使用提供了值得借鉴的理论和实践依据。

　　丁焱1973-），从事机电设备合同管理工作工程师。

　　李涛1971-），从事机电设备合同管理工作工程师。