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作者简介：
郑越，男，现任宝泉抽水蓄能电站运行值长，助理工程师，从事水电站生产运行工作。Email：angel20123@126.com
收获地址：两本寄同一个地址，河南省郑州市开元路3号河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，宋轩18613730817收
摘要：调速器是水轮机调节的重要机构，通过电气控制和机械液压放大，操作导叶等的开度，改变水轮机流量，实现水轮发电机组的转速（频率）调节，开、停机等。本文以国内某水力发电厂（简称水电厂）调速器系统换型改造为实例，介绍GE公司生产的FC5000主配压阀和配套机械液压系统在水电厂的运用实例，阐述在液压控制滤油器、主配压阀、分段关闭等方面的优化及改进措施。
关键词：机械液压 FC5000主配压阀 优化
一、概况
某水力发电厂总装机容量600MW（4×150MW），机组水轮机由二十世纪八十年代从挪威KB公司引进，调速器系统由挪威KB公司配套生产的LV26b型机械调节柜和南瑞电气控制公司生产的SJ-721型双微机电气调节柜组成。运行20多年，调速器系统出现开关电源模块频繁故障、伺服阀滤网易堵塞等故障，且机组负荷波动时常发生，一次调频性能难以满足系统要求，于是自2010年开始，陆续将四台机组的调速器系统改造为美国GE公司生产的Micronet/FC5000，机械液压部分基于FC5000阀，由双筒滤油器，比例伺服阀，分段关闭装置，阀组等组成，调速系统的额定油压为3.5MPa。
二、FC5000主配压阀及配套液压控制系统的运用和优化
现代高压液压系统要求更好的控制性能和更長的元件使用寿命和更高的传递性能，因此要求系统中的液压元件装配更为紧凑，公差更小，这就意味着对各功能元件的性能和功能有更高的要求。
1.控制油路滤油器优化
水电厂使用的控制油路滤油器是由派克公司生产的30P系列高压过滤器，其主要技术参数如下表1。
1.1 结构和工艺方面
调速器液压控制油路的滤油器采用双筒设计，见图1。滤油筒表面喷涂抗腐蚀粉末涂料，壳体由6061 T6l铝合金制成，该种材料是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金，具有中等强度，韧性高，良好的抗腐蚀性，材料致密无缺陷，可加工性极佳，加工后不变形等优良特点。滤油筒上加工有凸纹，便于检修时的拆卸和安装。滤油筒底部设计有排污口，便于排污和维修。滤油器各螺纹连接加工为SAE直螺纹，保证密封严密。
1.2 性能和功能方面
双筒滤油器滤芯的滤材采用不锈钢编织网支撑的Microglass Ⅲ，过滤精度为10微米。Microglass Ⅲ是一种分级多层玻纤，属于深度过滤介质，通过直接拦截和惯性撞击吸附，捕捉不同尺寸大小的污染颗粒，特点是使用寿命长，过滤效率高，纳污容量大，同时有效地减少上游滤层的粘连失效，对污染颗粒的阻截能力成倍提高，初始压差明显减小，其性能曲线如下图2。
双筒滤油器采用并联切换设计，可以实现滤芯在线更换功能。其工作原理是，滤油器有两个滤芯，一个工作，一个备用，当工作滤芯堵塞需更换时，不需要停机，只要打开压力平衡阀，并操作排气阀，给备用滤芯充油排气，然后转动换向阀，备用滤芯即可参加工作，同时联动关闭已堵塞的滤芯过滤器，然后可以拆卸更换堵塞的滤芯。
2.主配压阀和液压控制回路的优化
FC5000主配压阀主要由阀壳，阀套、阀芯、恒压端组件、控制端组件组成。阀芯直径为4英寸，阀套油口形式为“H”型+“O”型，“H”型位于正下方，油口加工有锐边，有利于防止阀芯卡涩。恒压端组件有开启调节螺栓和LVDT，控制端有关闭调节螺栓、LVDT以及自复中活塞。主配压阀为压差式控制，恒压端的恒压油作用在小活塞上，控制端的控制油作用在大活塞上，当控制端接通压力油时控制导水叶打开，接通回油时控制导水叶关闭。恒压端和控制端各有一个LVDT，为双冗余配置，局部反馈控制主配压阀的位置。
液压控制回路带有自复中功能，即电调归运行中突然失电的情况下，FC5000阀主阀芯能自动复中，保持机组带跳机前的负荷运行一段时间，该功能由两个电磁阀串联实现，且自复中回路配置有液控阀和电磁阀，满足机组出现应急情况能保证机组正常跳机。
3.分段关闭优化
分段关闭装置主要用来解决机组突然甩负荷时的水锤问题，通过改变导叶接力器关闭过程中的速率，协调水击压力和机组转速的跃升，水电厂采用两段关闭规律。
3.1 结构和工艺方面
分段关闭装置串联在主配压阀与接力器开启腔的管路上，主要由1个先导控制电磁阀（Rexroth），1个液压控制的插装阀，1个带调节螺杆的插装阀组成，先导电磁阀和液压控制的插装阀串联连接，两个插装阀并联连接，液压控制的插装阀采用外部控制的控制方式，其控制端压力油来自调速器系统控制压力油。所有元件采用插件结构，集成在分段关闭装置集成块上，图5为分段关闭装置集成块示意图。分段关闭装置主要特点有：
（1）采用集成式结构。集成式结构密封性能好，渗漏量小，现场管路装配、连接简单方便。
（2）采用插装阀结构。插装阀是标准件，其结构简单，具有流通能力大，压力损失小，动作灵敏，反应速度快，抗油污能力强，无需并联单向阀即可实现在任何位置的快速开启等特点。
3.2 功能原理方面
水电厂导叶接力器总关闭时间为13S，分段关闭的规律为：先快后慢，两段关闭。第一阶段为快速关闭，即停机时，导叶接力器从100%开度关至30%开度，接力器关闭速率通过限制主配压阀活塞最大行程来整定，按照调速器整定的时间和速度移动；第二阶段由分段关闭装置作用，通过控制导叶接力器开启腔的回油，实现从导叶接力器30%开度到全关的慢速关闭。从图6分段关闭装置原理图可以看出，在关机工况下，快速关闭时，先导电磁阀V1不带电，在弹簧作用下处于Ⅰ 位，控制压力油Pk被截止，插装阀C1、C2上腔均接通回油，来自导叶接力器开启腔的回油不经过节流，直接回到回油箱，实现快速关闭。当导叶关闭到30%开度时，电气控制输出信号作用于V1，电磁阀带电处于Ⅱ位，插装阀C1上腔作用控制压力油Pk而关闭，来自接力器开启腔的回油进过C2的节流回到回油箱，导叶接力器即以比较慢的速度关闭，慢速关闭的速率可以通过C2上的调节螺杆来整定。
三、结束语
基于FC5000主配压阀的调速器机械部分，可以实现滤油高效，实现紧急情况下的自复中，有效防止机组甩负荷时的水锤问题，且FC5000主配压阀结构简单，性能好，保证机组安全、可靠、稳定运行。
参考文献：1.《GE公司FC5000系统安装调试说明书》
2.《水轮机自动调节》程楚远，中国水利水电出版社，2010年
3.《水轮机》（第三版），刘大恺，中国水利水电出版社，1997年
郑越，男，现任宝泉抽水蓄能电站运行值长，助理工程师，从事水电站生产运行工作。Email：angel20123@126.com
收获地址：两本寄同一个地址，河南省郑州市开元路3号河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，宋轩18613730817收
摘要：调速器是水轮机调节的重要机构，通过电气控制和机械液压放大，操作导叶等的开度，改变水轮机流量，实现水轮发电机组的转速（频率）调节，开、停机等。本文以国内某水力发电厂（简称水电厂）调速器系统换型改造为实例，介绍GE公司生产的FC5000主配压阀和配套机械液压系统在水电厂的运用实例，阐述在液压控制滤油器、主配压阀、分段关闭等方面的优化及改进措施。
关键词：机械液压 FC5000主配压阀 优化
一、概况
某水力发电厂总装机容量600MW（4×150MW），机组水轮机由二十世纪八十年代从挪威KB公司引进，调速器系统由挪威KB公司配套生产的LV26b型机械调节柜和南瑞电气控制公司生产的SJ-721型双微机电气调节柜组成。运行20多年，调速器系统出现开关电源模块频繁故障、伺服阀滤网易堵塞等故障，且机组负荷波动时常发生，一次调频性能难以满足系统要求，于是自2010年开始，陆续将四台机组的调速器系统改造为美国GE公司生产的Micronet/FC5000，机械液压部分基于FC5000阀，由双筒滤油器，比例伺服阀，分段关闭装置，阀组等组成，调速系统的额定油压为3.5MPa。
二、FC5000主配压阀及配套液压控制系统的运用和优化
现代高压液压系统要求更好的控制性能和更長的元件使用寿命和更高的传递性能，因此要求系统中的液压元件装配更为紧凑，公差更小，这就意味着对各功能元件的性能和功能有更高的要求。
1.控制油路滤油器优化
水电厂使用的控制油路滤油器是由派克公司生产的30P系列高压过滤器，其主要技术参数如下表1。
1.1 结构和工艺方面
调速器液压控制油路的滤油器采用双筒设计，见图1。滤油筒表面喷涂抗腐蚀粉末涂料，壳体由6061 T6l铝合金制成，该种材料是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金，具有中等强度，韧性高，良好的抗腐蚀性，材料致密无缺陷，可加工性极佳，加工后不变形等优良特点。滤油筒上加工有凸纹，便于检修时的拆卸和安装。滤油筒底部设计有排污口，便于排污和维修。滤油器各螺纹连接加工为SAE直螺纹，保证密封严密。
1.2 性能和功能方面
双筒滤油器滤芯的滤材采用不锈钢编织网支撑的Microglass Ⅲ，过滤精度为10微米。Microglass Ⅲ是一种分级多层玻纤，属于深度过滤介质，通过直接拦截和惯性撞击吸附，捕捉不同尺寸大小的污染颗粒，特点是使用寿命长，过滤效率高，纳污容量大，同时有效地减少上游滤层的粘连失效，对污染颗粒的阻截能力成倍提高，初始压差明显减小，其性能曲线如下图2。
双筒滤油器采用并联切换设计，可以实现滤芯在线更换功能。其工作原理是，滤油器有两个滤芯，一个工作，一个备用，当工作滤芯堵塞需更换时，不需要停机，只要打开压力平衡阀，并操作排气阀，给备用滤芯充油排气，然后转动换向阀，备用滤芯即可参加工作，同时联动关闭已堵塞的滤芯过滤器，然后可以拆卸更换堵塞的滤芯。
2.主配压阀和液压控制回路的优化
FC5000主配压阀主要由阀壳，阀套、阀芯、恒压端组件、控制端组件组成。阀芯直径为4英寸，阀套油口形式为“H”型+“O”型，“H”型位于正下方，油口加工有锐边，有利于防止阀芯卡涩。恒压端组件有开启调节螺栓和LVDT，控制端有关闭调节螺栓、LVDT以及自复中活塞。主配压阀为压差式控制，恒压端的恒压油作用在小活塞上，控制端的控制油作用在大活塞上，当控制端接通压力油时控制导水叶打开，接通回油时控制导水叶关闭。恒压端和控制端各有一个LVDT，为双冗余配置，局部反馈控制主配压阀的位置。
液压控制回路带有自复中功能，即电调归运行中突然失电的情况下，FC5000阀主阀芯能自动复中，保持机组带跳机前的负荷运行一段时间，该功能由两个电磁阀串联实现，且自复中回路配置有液控阀和电磁阀，满足机组出现应急情况能保证机组正常跳机。
3.分段关闭优化
分段关闭装置主要用来解决机组突然甩负荷时的水锤问题，通过改变导叶接力器关闭过程中的速率，协调水击压力和机组转速的跃升，水电厂采用两段关闭规律。
3.1 结构和工艺方面
分段关闭装置串联在主配压阀与接力器开启腔的管路上，主要由1个先导控制电磁阀（Rexroth），1个液压控制的插装阀，1个带调节螺杆的插装阀组成，先导电磁阀和液压控制的插装阀串联连接，两个插装阀并联连接，液压控制的插装阀采用外部控制的控制方式，其控制端压力油来自调速器系统控制压力油。所有元件采用插件结构，集成在分段关闭装置集成块上，图5为分段关闭装置集成块示意图。分段关闭装置主要特点有：
（1）采用集成式结构。集成式结构密封性能好，渗漏量小，现场管路装配、连接简单方便。
（2）采用插装阀结构。插装阀是标准件，其结构简单，具有流通能力大，压力损失小，动作灵敏，反应速度快，抗油污能力强，无需并联单向阀即可实现在任何位置的快速开启等特点。
3.2 功能原理方面
水电厂导叶接力器总关闭时间为13S，分段关闭的规律为：先快后慢，两段关闭。第一阶段为快速关闭，即停机时，导叶接力器从100%开度关至30%开度，接力器关闭速率通过限制主配压阀活塞最大行程来整定，按照调速器整定的时间和速度移动；第二阶段由分段关闭装置作用，通过控制导叶接力器开启腔的回油，实现从导叶接力器30%开度到全关的慢速关闭。从图6分段关闭装置原理图可以看出，在关机工况下，快速关闭时，先导电磁阀V1不带电，在弹簧作用下处于Ⅰ 位，控制压力油Pk被截止，插装阀C1、C2上腔均接通回油，来自导叶接力器开启腔的回油不经过节流，直接回到回油箱，实现快速关闭。当导叶关闭到30%开度时，电气控制输出信号作用于V1，电磁阀带电处于Ⅱ位，插装阀C1上腔作用控制压力油Pk而关闭，来自接力器开启腔的回油进过C2的节流回到回油箱，导叶接力器即以比较慢的速度关闭，慢速关闭的速率可以通过C2上的调节螺杆来整定。
三、结束语
基于FC5000主配压阀的调速器机械部分，可以实现滤油高效，实现紧急情况下的自复中，有效防止机组甩负荷时的水锤问题，且FC5000主配压阀结构简单，性能好，保证机组安全、可靠、稳定运行。
参考文献：1.《GE公司FC5000系统安装调试说明书》
2.《水轮机自动调节》程楚远，中国水利水电出版社，2010年
3.《水轮机》（第三版），刘大恺，中国水利水电出版社，1997年