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抽水蓄能电站水力自激振动及预控处置
摘要:受迫振动可分为水力共振和自激振动。前者是在外界的扰动频率等于或
接近于引水管道系统的一阶的自由振动频率时,产生的水压力振荡;后者则因为
水力系统本身是不稳定的,任何引入该系统的压力或流量的微小扰动都将导致随
时间而不断增强的振动,即为自激振动预防自激振现象发生的关键是及时发现,
及时处置,将危害降到最低。因此建立一套完整的球阀监测系统,具有较大的借
鉴和推广意义。
关键词:抽水蓄能电站;水力自激振动;预控处置
1前言
总结已发生的案例,输水管道水力自激振发生的大概率条件为:①采用球阀
的抽蓄机组;②因各种缺陷,导致球阀工作密封投入不严,投、退腔有串压;
③该台机组在停机球阀关闭状态,同水道其他机组在工况转换期间发生的。发生
自激振的现象时球阀现场有异常声音,球阀本体及管路有明显晃动。破坏自激振
措施的简单有效,关键是及时发现,及时处置,一般可采取打开球阀旁通阀(确
保管路及阀门安全的前提下,压力波动初期较小值时较安全)、投入检修密封等,
其他如开机、开球阀、再投退工作密封可能存在预条件不满足无法有效执行的情
况。球阀工作密封损坏是必然的,同一水道的机组以上运行方式也是必然的,关
键是及时监测发现、及时自动采取应对措施。
2概述
某公司充分利用现有的球阀压差控制箱,将阀前/阀后压力、工作/检修密封
投入腔压力、球阀X/Y方向位移集成在球阀压差控制系统内,在此控制系统内,
不仅可以实时调取压差控制系统原有上下游压力值及压差值,而且可以实时调取
球阀工作/检修密封投入腔压力、球阀X/Y方向位移等数值和历史曲线,方便维护
人员监控球阀状态。球阀压差控制系统将球阀压力、位移信号上送至监控,方便
运行人员监测球阀状态,遵循“提前预控、尽早判断、快速处置”的原则,及时发
现球阀自激振现象,缩短球阀自激振的事故处理时间,避免事故扩大。
3监测系统组成
3.1主进水阀设备情况介绍
某电站主进水阀采用双接力器油压操作式球阀结构,主要由阀体、阀芯、旁
通管、旁通阀、伸缩节、接力器、油压装置组成。球阀设有上游检修密封、下
游工作密封等两道密封;两道密封的投入水源均取自球阀上游压力管道,取
水管路均设置有取水过滤器。工作密封投入腔的供排水由工作密封三通阀操作,
三通阀在供水方向,压力水进入投入腔,工作密封投入;三通阀在排水方向,投
入腔压力水卸掉,工作密封在上游水压(也可以理解为阀芯内压力水)作用下自
动退出;机组正常启停时,球阀油压系统控制工作密封三通阀来操作工作密封进
行投退,球阀检修密封是手动操作,一般在机组检修时投入起隔离作用。
3.2压力监测
根据对球阀自激振现象的分析,为及时发现球阀有形成自激振的趋势,对球
阀工作密封投退腔压力及球阀上游压力管道压力进行数据采集和监控。
(1)某球阀压差控制系统工作原理为:将球阀阀前阀后压力引入控制系统做
差运算后,与设定值做比较后输出开关量至监控系统,阀前阀后均装设有压力传
感器,并有机械式压力表用来现地判断工作密封和检修密封的投入腔压力,球阀
阀前和阀后压力只需要从球阀压差控制箱将阀前阀后压力值(4~20mA模拟量)
上送至监控即可。
(2)将球阀工作密封、检修密封投入腔机械式压力表替换为4~20mA模拟
量压力传感器。将传感器输出量引入监控,设置压力高报警值为4MPa,添加报
警出口条件:球阀在全关位置,防止出现开停机球阀工作密封投退及球阀开关时
水力冲击误报警,传感器本身带数显,可在现地传感器显示字幕处读取压力值。
(3)退出腔压力值检测并不适用于某电站,某电站球阀工作密封退出腔正常
情况下就是球阀阀芯水压,在密封环投入时,退出腔也是存在水压的,其本质上
也是上游压力水,即阀前压力水。此项改造完成后,球阀阀前和阀后压力以及工
作密封和检修密封投入腔压力,均通过球阀压差控制系统上送监控,并实现实时
监测各数据的功能。
4位移监测
球阀自激振的发生会伴随着阀体的震动,增加1套阀体位移检测装置,将球
阀的阀体位移作为是否发生自激振的判断条件。选用瑞士埃默尔公司生产的位移
传感器进行安装,与球阀压差控制系统兼容,可充分利用现有球阀压差控制系统
的设备,仅增加一组位移传感器及配套信号传输电缆、信号转换模块、信号隔离
模块。增设步骤如下:
将球阀位移传感器支架焊接在球阀安装基础板上,在球阀支腿的X/Y2个方向
分别安装2个位移传感器,位移传感器采用接触式位移传感器,上送4~20mA
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