[发明专利]水电站机械液压过速保护装置仿真试验台及试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水电站机械液压过速保护装置仿真试验台及试验方法。

背景技术

随着对电站运行安全的要求提高，目前电站基本上都设置了纯机械液压过速保护装置。该装置是在机组电气一级过速、二级过速均失效之后的最后一道用于紧急停机的保护，它可以在不需要任何电源的情况下工作，在机组出现事故，转速达到设定的报警值时直接操作液压回路来直接关闭机组接力器和（或）机组进水主阀。

机械过速装置主要由飞逸探测器和液压换向阀组两部分组成：飞逸探测器固定在大轴上随大轴一起转动，液压换向阀组则固定在基坑周围。飞逸探测器前端是一个被弹簧压紧的离心块，液压换向阀组的前端是一个触碰装置（即凸轮、突出弧形部分）。安装时，确保离心块与触碰装置正对时的间距D1符合产品使用规定(不同过速装置的安装间距不同，常为1.5mm，3mm)。其基本原理是利用离心力的原理使探测器伸出、撞击液压换向阀组的触碰装置，进而触发紧急停机液压回路。

飞逸探测器在随着大轴转动的过程中，在水平方向上受到向外的离心力与机组转速的平方成正比：F=m rω??，同时探测器会受到一个预紧弹簧与限位机构的反向作用合力N。机械过速装置的动作过程如下：

Step1:当机组转速≤额定转速n₁时，弹簧处于稳定的预压缩长度；

Step2:当机组转速升高，使得离心力F＞N的时候，飞逸探测器离心块则开始向外侧伸出（此时探测器脱离限位机构，N=弹簧的作用力），弹簧进一步压缩来平衡离心力的增加，同时，离心块的旋转半径r也增加了Δr。

Step3:当机组瞬时转速n继续升高达到最高级别过速整定值n₂时（一般是第三级过速），飞逸探测器离心块伸出的距离Δr≥安装间距D1，离心块将撞击固定在一旁的液压换向阀组的触碰装置，阀组随即切换紧急关机液压回路，最终达到关机的目的。

机械过速装置能否在事故发生时可靠地保护发电机组，关键在于飞逸探测器能否在精度范围内可靠动作以及换向阀组是否能够灵活换向，即：n=n₂与Δr=D1是相关的等式，在装置的精度范围内必须同时成立。

以上讲述了机械液压过速保护装置的结果和基本原理，下面我们讲讲该装置的现场真机过速试验和静态校验。

由于机械液压过速保护装置是整个电站出现重大事故之后防止扩大成灾难性事故的最后一道保护，也是最重要的一道保护，所以国家对此极为重视！机组第一次投运、机组定期大修完毕之后都需要做过速试验。飞逸探测器的弹簧长期处于压缩和复杂机械振动的状态，其刚度值会随着运行的时间推移而发生变化（这种变化一般是刚度值变小），所以即便第一次试验是准确的，运行一定时间之后也可能改变，所以各个电站根据自身的特点一般2~3年会做一次定检。

但是真机过速试验有其自身的弊病：

（1）这种试验完全属于破坏性试验，就像实地消防演练一样，需要机组转速n超过最高级别的事故转速（一般都是n₂≥150% n₁）的时候才能测试出机械过速装置是否能准确动作，往往整个厂房都在剧烈振动，每次做完这个试验都会对整个发电机组带来严重的机械磨损和损伤，产生大量烟尘，减少机组使用寿命，耗能且不环保。

（2）每次真机过速试验后还需对整个机组做个全面体检，并重新调整轴承导瓦间隙等多项复杂的工作。有些电站在第一次试验不成功的时候就很不愿再继续这种破坏性试验，但仍然要么选择重复试验，要么选择信任该设备可靠并投运。

鉴于以上弊病，有些电厂采取了静态校验方法：

用拉力计或配重的方式模拟动作转速时对应的离心力N2，此时用测距仪测量离心块伸出的长度Δr是否等于D1，如果不是，则调整弹簧端部的调节螺母，改变弹簧的预压缩长度，使得Δr=D1。

静态校验方法可以避免对机组产生的破坏，也可以省去很多繁杂的对发电机组的检验和调整工作，然而，由于静态试验是通过理论计算的方式完成的，其综合误差很大，主要来自于以下几个方面误差的累积，不能保证装置的可靠性和精度：