抽水蓄能电站密封水控制系统研究范文

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《东方电气评论杂志》2016年第2期

摘要:

介绍了水泵水轮机主轴密封水的控制要求和特点，详细论述了其系统配置和控制要求。

关键词:

主轴密封;电动阀;液压阀;全自动滤水器;PLC

随着国内电网的发展和系统电能结构的变化，特别是核电的蓬勃发展，充分利用能源及保障系统的稳定性和可靠性问题，倍受国家电力主管部门和用户的关注。抽水蓄能机组以其独有的蓄能和发电及调峰填谷特性，可以有效地改进电力系统的能源结构和提高供电质量，抽水蓄能电站的建设和发展已形成了较强劲的势头。常规机组只有发电工况，而蓄能机组有发电、发电调相、抽水、抽水调相等稳定运行工况。除了发电工况，其余3种运行工况转轮均有在空气中运行情况，因此主轴密封是个薄弱环节，这就对主轴密封水控制系统提出了更高的要求。本文仅对抽水蓄能电站水泵水轮机主轴密封水控制系统进行简要介绍。

1主轴密封水的作用及工作原理

水泵水轮机主轴密封分为工作密封和检修密封2部分。顾名思义检修密封是当机组停机检修时才投入，本文不做介绍。工作密封是水泵水轮机正常运行时工作的，是水轮机中比较脆弱的一套系统，如果设计或运行不当，极易出现密封烧损事故。主轴工作密封紧靠水轮机主轴下法兰端面，在水导轴承下方由顶盖支撑，为静水压轴向型密封结构，其作用是阻挡水流或气体从主轴与顶盖之间的间隙上溢，防止水导轴承及顶盖被淹或调相运行时尾水管内的压缩空气溢出，维持轴承和机组的安全运行。此密封既能在发电、抽水工况下封水，又能在压气、调相工况下封气。主轴密封水对主轴密封既起润滑作用，又起冷却作用，确保溢漏的水不能流入到密封块与密封转环之间接触面，在它们之间形成一层水膜，防止干磨擦烧损密封块;且在发生磨擦时，通过水的流动将热量带走。主轴密封工作的好坏直接影响机组的稳定和安全运行，这就对主轴密封水的水流不间断性和水量、水压、水质等控制系统都提出了较高要求。国内某抽水蓄能电站主轴密封装配见图1。

2主轴密封水的控制系统

图2为某大型抽水蓄能电站主轴密封水控制系统。该系统包括电动阀、增压泵、全自动滤水器、减压环管、液压阀、阀门和压力、差压、流量等监测元件。

2.1压力监控

主轴密封主、备用水源及主轴密封水的管路上，分别设置了3种监测元件，即压力表、压力开关和压力变送器，用于对其压力进行现地显示、连续监测及输出报警信号。

2.2流量监控

主轴密封进水管上设置了电磁流量计，用于对其瞬时流量和累计流量进行现地显示、连续监测和输出低流量发讯信号。

2.3水源的控制

为保证主轴密封水不间断提供，其水源采用双水源冗余方式，主用水源取自球阀前压力钢管，备用水源取自机组技术供水系统。设计初衷为:主用水源设置1台电动球阀，一般情况下为常开;备用水源设置1台液压阀，一般处于关闭状态。机组在正常运行过程中，不允许主轴密封水中断，如果主用水源故障，压力和流量不足，压力开关和流量开关任一发出信号，自动打开备用水源的液压阀，由备用水源供水。设置液压阀就是因为它的速动性，这一点跟常规机组区别较大，常规电站近20年基本不使用液压阀。在机组调试时，为了进一步确保主轴密封在机组调相工况运行时的安全(此时转轮在空气中旋转)，改为备用水源液压阀在机组开机时同步开启，停机时关闭。

2.4水压的控制

主轴密封水的水压应保持在一定范围内，既不能太低也不能太高。水压太低，不能保证所需的水量和必要的流速，将造成主轴密封的烧毁;水压太高，将造成顶盖内积水严重，不仅危及顶盖安全还造成浪费，因为上库的水都是耗费电能抽水去的。主轴密封主用水源取自压力钢管，备用水源来自机组技术供水。也有一些抽水蓄能电站主轴密封供水仅设置了1路水源，从进水阀门前取水，经减压环管减压后供给主轴密封。只从尾水取水经增压后供给主轴密封的抽水蓄能电站不多，经过多个抽水蓄能电站的调研，笔者认为设置2路水源，分别从进水阀前和尾水取水更可靠些。

2.5水质的控制

主轴密封供水的精度要求较高，水中不能有较大的固体硬颗粒物，否则这些硬物易嵌入密封环表面，造成密封环和抗磨板损伤。不管是进水阀前压力钢管取水，还是尾水管取水，水中均含有多种杂质，虽机组技术供水已经过处理，但仍达不到主轴密封对水质的要求。因此在每一路水源上均设置全自动精滤滤水器。滤水器在过滤过程中，水流夹带的固体杂质被截流在过滤介质的内表面，引起内外腔压差升高，过滤阻力逐渐增大，随着过滤过程的进行，截留在滤柱表面的杂质将会增多，导致滤水器进水口与出水口压力差增大，利用差压开关的设定值来测定滤芯的堵塞程度，当压差达到差压开关设定值时，差压开关发出信号，控制电机启动，带动反冲洗臂转动，利用自身过滤的清水，自动逐一反冲洗每个滤芯，同时打开电动排污阀进行排污。反冲洗时，其它滤芯仍在连续过滤，可保证水流的连续供给。反冲洗可由差压、时间及手动控制实现。

2.6电气控制系统

本文中所介绍的主轴密封水控制系统不仅要控制电动阀打开/关闭，液压阀打开/关闭，增压泵的启动/停止，全自动滤水器自动反冲洗的启动/停止，电动排污阀的打开/关闭，还要判断电动阀的开/关位置，液压阀的开/关位置，电动排污阀的开/关位置，判断增压泵的正常/过载状态，系统电源正常/故障状态，主轴密封水的水流状态、压力状态及滤水器的状态。除了要将相应的信号和控制系统自身的状况送到电站计算机监控系统外，还要在控制装置的文本显示屏上将全部参数显示出来，并保存所有的运行数据。并能满足电站在各个阶段的控制运行方式，当电站处于正常运行阶段时，要求主轴密封水控制系统能够接受电站计算机监控制系统的远方操作信号的控制，自动运行;当电站处于安装调试阶段或检修期间，计算机监控系统未投入使用或不能正常使用时，又要求主轴密封水控制系统能够让安装调试人员在现地进行手动操作。综上所述，该系统应具有如下功能:①现地控制/远方控制;②手动控制/自动控制;③主轴密封水源打开、关闭、主用/备用切换控制;④全自动滤水器启动、停止控制;⑤全自动滤水器反冲洗排污启动/停止控制;⑥增压泵启动/停止控制;⑦工作电源监视功能;⑧故障报警功能;⑨与电站计算机监控系统通讯。由于其运行状态较多，逻辑回路复杂，用常规的继电器控制回路难以实现。因此该系统选用施耐德TSXP57系列可编程控制器，运用其强大的软件功能，通过程序对主轴密封水系统进行控制。PLC主要配置如下表1所示。表中仅列出PLC主要配置，该系统还包括开关电源、电源切换模块、交流接触器、热继电器、继电器模组、转换开关、按钮等各类电器元件，此处不予赘述。

3结语

主轴密封是水泵水轮机运行时的薄弱环节，为确保主轴密封的安全可靠运行，主轴密封水控制系统尤其重要，本文所举例的主轴密封水控制系统具有结构简单、可靠性高的特点，能满足抽水蓄能机组各种运行工况的使用要求，值得后续机组借鉴。

作者:刘永红 肖庆华 单位:东方电气东方电机有限公司