抽水蓄能電站密封水控制系統研究范文

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《東方電氣評論雜志》2016年第2期

摘要:

介紹了水泵水輪機主軸密封水的控制要求和特點，詳細論述了其系統配置和控制要求。

關鍵詞:

主軸密封;電動閥;液壓閥;全自動濾水器;PLC

隨著國內電網的發展和系統電能結構的變化，特別是核電的蓬勃發展，充分利用能源及保障系統的穩定性和可靠性問題，倍受國家電力主管部門和用戶的關注。抽水蓄能機組以其獨有的蓄能和發電及調峰填谷特性，可以有效地改進電力系統的能源結構和提高供電質量，抽水蓄能電站的建設和發展已形成了較強勁的勢頭。常規機組只有發電工況，而蓄能機組有發電、發電調相、抽水、抽水調相等穩定運行工況。除了發電工況，其余3種運行工況轉輪均有在空氣中運行情況，因此主軸密封是個薄弱環節，這就對主軸密封水控制系統提出了更高的要求。本文僅對抽水蓄能電站水泵水輪機主軸密封水控制系統進行簡要介紹。

1主軸密封水的作用及工作原理

水泵水輪機主軸密封分為工作密封和檢修密封2部分。顧名思義檢修密封是當機組停機檢修時才投入，本文不做介紹。工作密封是水泵水輪機正常運行時工作的，是水輪機中比較脆弱的一套系統，如果設計或運行不當，極易出現密封燒損事故。主軸工作密封緊靠水輪機主軸下法蘭端面，在水導軸承下方由頂蓋支撐，為靜水壓軸向型密封結構，其作用是阻擋水流或氣體從主軸與頂蓋之間的間隙上溢，防止水導軸承及頂蓋被淹或調相運行時尾水管內的壓縮空氣溢出，維持軸承和機組的安全運行。此密封既能在發電、抽水工況下封水，又能在壓氣、調相工況下封氣。主軸密封水對主軸密封既起潤滑作用，又起冷卻作用，確保溢漏的水不能流入到密封塊與密封轉環之間接觸面，在它們之間形成一層水膜，防止干磨擦燒損密封塊;且在發生磨擦時，通過水的流動將熱量帶走。主軸密封工作的好壞直接影響機組的穩定和安全運行，這就對主軸密封水的水流不間斷性和水量、水壓、水質等控制系統都提出了較高要求。國內某抽水蓄能電站主軸密封裝配見圖1。

2主軸密封水的控制系統

圖2為某大型抽水蓄能電站主軸密封水控制系統。該系統包括電動閥、增壓泵、全自動濾水器、減壓環管、液壓閥、閥門和壓力、差壓、流量等監測元件。

2.1壓力監控

主軸密封主、備用水源及主軸密封水的管路上，分別設置了3種監測元件，即壓力表、壓力開關和壓力變送器，用于對其壓力進行現地顯示、連續監測及輸出報警信號。

2.2流量監控

主軸密封進水管上設置了電磁流量計，用于對其瞬時流量和累計流量進行現地顯示、連續監測和輸出低流量發訊信號。

2.3水源的控制

為保證主軸密封水不間斷提供，其水源采用雙水源冗余方式，主用水源取自球閥前壓力鋼管，備用水源取自機組技術供水系統。設計初衷為:主用水源設置1臺電動球閥，一般情況下為常開;備用水源設置1臺液壓閥，一般處于關閉狀態。機組在正常運行過程中，不允許主軸密封水中斷，如果主用水源故障，壓力和流量不足，壓力開關和流量開關任一發出信號，自動打開備用水源的液壓閥，由備用水源供水。設置液壓閥就是因為它的速動性，這一點跟常規機組區別較大，常規電站近20年基本不使用液壓閥。在機組調試時，為了進一步確保主軸密封在機組調相工況運行時的安全(此時轉輪在空氣中旋轉)，改為備用水源液壓閥在機組開機時同步開啟，停機時關閉。

2.4水壓的控制

主軸密封水的水壓應保持在一定范圍內，既不能太低也不能太高。水壓太低，不能保證所需的水量和必要的流速，將造成主軸密封的燒毀;水壓太高，將造成頂蓋內積水嚴重，不僅危及頂蓋安全還造成浪費，因為上庫的水都是耗費電能抽水去的。主軸密封主用水源取自壓力鋼管，備用水源來自機組技術供水。也有一些抽水蓄能電站主軸密封供水僅設置了1路水源，從進水閥門前取水，經減壓環管減壓后供給主軸密封。只從尾水取水經增壓后供給主軸密封的抽水蓄能電站不多，經過多個抽水蓄能電站的調研，筆者認為設置2路水源，分別從進水閥前和尾水取水更可靠些。

2.5水質的控制

主軸密封供水的精度要求較高，水中不能有較大的固體硬顆粒物，否則這些硬物易嵌入密封環表面，造成密封環和抗磨板損傷。不管是進水閥前壓力鋼管取水，還是尾水管取水，水中均含有多種雜質，雖機組技術供水已經過處理，但仍達不到主軸密封對水質的要求。因此在每一路水源上均設置全自動精濾濾水器。濾水器在過濾過程中，水流夾帶的固體雜質被截流在過濾介質的內表面，引起內外腔壓差升高，過濾阻力逐漸增大，隨著過濾過程的進行，截留在濾柱表面的雜質將會增多，導致濾水器進水口與出水口壓力差增大，利用差壓開關的設定值來測定濾芯的堵塞程度，當壓差達到差壓開關設定值時，差壓開關發出信號，控制電機啟動，帶動反沖洗臂轉動，利用自身過濾的清水，自動逐一反沖洗每個濾芯，同時打開電動排污閥進行排污。反沖洗時，其它濾芯仍在連續過濾，可保證水流的連續供給。反沖洗可由差壓、時間及手動控制實現。

2.6電氣控制系統

本文中所介紹的主軸密封水控制系統不僅要控制電動閥打開/關閉，液壓閥打開/關閉，增壓泵的啟動/停止，全自動濾水器自動反沖洗的啟動/停止，電動排污閥的打開/關閉，還要判斷電動閥的開/關位置，液壓閥的開/關位置，電動排污閥的開/關位置，判斷增壓泵的正常/過載狀態，系統電源正常/故障狀態，主軸密封水的水流狀態、壓力狀態及濾水器的狀態。除了要將相應的信號和控制系統自身的狀況送到電站計算機監控系統外，還要在控制裝置的文本顯示屏上將全部參數顯示出來，并保存所有的運行數據。并能滿足電站在各個階段的控制運行方式，當電站處于正常運行階段時，要求主軸密封水控制系統能夠接受電站計算機監控制系統的遠方操作信號的控制，自動運行;當電站處于安裝調試階段或檢修期間，計算機監控系統未投入使用或不能正常使用時，又要求主軸密封水控制系統能夠讓安裝調試人員在現地進行手動操作。綜上所述，該系統應具有如下功能:①現地控制/遠方控制;②手動控制/自動控制;③主軸密封水源打開、關閉、主用/備用切換控制;④全自動濾水器啟動、停止控制;⑤全自動濾水器反沖洗排污啟動/停止控制;⑥增壓泵啟動/停止控制;⑦工作電源監視功能;⑧故障報警功能;⑨與電站計算機監控系統通訊。由于其運行狀態較多，邏輯回路復雜，用常規的繼電器控制回路難以實現。因此該系統選用施耐德TSXP57系列可編程控制器，運用其強大的軟件功能，通過程序對主軸密封水系統進行控制。PLC主要配置如下表1所示。表中僅列出PLC主要配置，該系統還包括開關電源、電源切換模塊、交流接觸器、熱繼電器、繼電器模組、轉換開關、按鈕等各類電器元件，此處不予贅述。

3結語

主軸密封是水泵水輪機運行時的薄弱環節，為確保主軸密封的安全可靠運行，主軸密封水控制系統尤其重要，本文所舉例的主軸密封水控制系統具有結構簡單、可靠性高的特點，能滿足抽水蓄能機組各種運行工況的使用要求，值得后續機組借鑒。

作者:劉永紅 肖慶華 單位:東方電氣東方電機有限公司