贯流式水轮发电机组三级过速保护系统的制作方法

本实用新型涉及一种水轮发电机组过速保护系统，为机械设备转速过高时进行保护的技术领域，特别是专门用于贯流式水轮发电机组的转速过速保护。

背景技术：

水电站的水轮发电机组运行过程中在调速器油压装置的控制下，以恒定的额定转速运行，为的是使发电机发出50Hz的交流电。由于机组或送出系统、电网的故障，造成机组转速突然升高即产生过速，若对机组的过速不加以限制，则转速不断的上升，有可能达到机组的最大飞逸转速，由于旋转产生的离心力不断增大，大到一定程度就会引发机组出现机械性的破坏，危及机组及水电站的安全，故需对机组设置过速保护系统，过速保护系统使机组产生过速时控制机组的转速回归到正常转速甚至停机，达到保护机组、保护水电站、保护运行人员生命安全的目的。

贯流式水轮发电机组的结构有其特点，通常为卧式布置，即机组为水平布置，导水机构上的导水叶控制水的流量，控制导水叶的打开或关闭，从而控制机组的转速和出力，导水机构由接力器操控，接力器的油压来自于调速器油压装置的压力油罐，在调速器的控制下，机组以恒定的额定转速运行，同时导水机构控制环上悬挂有一个重锤，目的是当调速器油压装置等出现过低油压，接力器不能操控导水叶时，利用重锤的重力也可以实现关闭导水叶，同时配置过速保护装置，形成过速保护系统，防止机组出现过速，不同的过速保护装置，其原理及安全性、可靠性也不一样。

常规的贯流式机组过速保护系统，主要配置主配压阀、事故配压阀这两个部件，该系统具备有基本的过速保护功能，但过速保护的级别较低，仅仅可以实现二级过速保护，而且在保证事故配压阀不出故障的情况下，才能实现第二级过速保护，由于主配压阀、事故配压阀均属于机械的液压配压阀，均有可能出现发卡不能动作的故障，一但出现故障则不能起到保护的作用，另若调速器油压装置的压力油出现爆管、爆罐或其他突发事故，压力油的油压突然降低甚至为零，则该系统难以实现关机，故该系统不够完善，寻求更加完善的过速保护系统是有必要的。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种贯流式水轮发电机组过速保护系统，该系统可以实现三级过速保护功能，安全性、可靠性更高，并且当调速器油压装置的压力油出现爆管、爆罐或其他突发事故，压力油的油压突然失压甚至为零时，该系统依然可以实现可靠的关机，从而更好的保护机组。

本实用新型的方案如下：

一种贯流式水轮发电机组三级过速保护系统，包括调速器油压装置、装置1、装置2、装置3、装置4、主油管、辅助控制油管、重锤、接力器和导水机构；

所述的调速器油压装置包含压力油罐和回油箱；所述的重锤通过重力可以使导水机构的导水叶关闭；所述的接力器通过压力油可以使导水机构的导水叶打开或关闭；所述的调速器油压装置的压力油罐及回油箱通过主油管与操作导水机构的接力器联接，主油管上依次配置装置1、装置2和装置3，所述的装置4为纯机械过速保护转速监控装置，通过辅助控制油管控制装置3的动作，所述的辅助控制油管给装置1、装置2和装置3提供动作油压，形成对水轮机导水机构的油压控制系统，该系统可以实现机组三级过速保护，还可以实现压力油的油压突然降低甚至为零时的可靠关机，有效地防止水轮机的过速，保护机组的安全运行。

以上所述的装置1（主配压阀），为液压配压阀，有三个工位，即开机工位、中间工位和关机工位，各工位作用如下：

当机组需要开机或增加发电负荷时，装置1动作到开机工位，调速器油压装置压力罐的压力油经过装置1、装置2和装置3进入到接力器的开机腔，接力器关机腔的油经过装置2、装置1回到调速器油压装置的回油箱，这样接力器在油压的作用下，推动导水机构的导水叶打开，在水流的作用下，使得水轮机启动旋转，此工位为水轮机开机，转速不断上升的工位，或为加大发电负荷时，加大导叶开度，加大流量，加大水轮机出力的工位。

当水轮机的转速上升到额定转速，并且带上稳定的负荷后，装置1动作回归到中间工位，该工位也叫锁定工位，使得接力器的开腔、闭腔的油管路处于封闭状态，即接力器的活塞不能移动，处于锁定状态，从而导水叶也处于锁定状态，稳定维持在某个开度，使机组在额定转速下发出稳定的负荷。

当机组需要减少发电负荷或关机时，装置1动作到关机工位，调速器油压装置压力罐的压力油经过装置1、装置2进入到接力器的关机腔，接力器开机腔的油经过装置3、装置2、装置1回到调速器油压装置的回油箱，这样接力器在油压和重锤的共同作用下，推动导水机构的导水叶关闭，水流量减少，使得机组的发电负荷下降，导叶全部关闭时，则机组停机停止发电，此工位为水轮机关机，负荷不断下降的工位，或为关停机工位。

当机组在稳定正常发电时，装置1在中间锁定工位，导水叶开度稳定在某个开度，若发电机的出线设备、或主变压器、或电网等出故障，引发发电机突然甩负荷时，则水轮机的转速将会突然上升，出现过速现象，过速不加以限制，则转速增高到最大飞逸转速时易引发机组发生机械性破坏，危及机组、水电站及运行人员的安全，故对过速要加以限制，当转速升高到115%的额定转速时，电传感器发出信号，操控装置1从中间工位动作到关机工位，在压力油和重锤的共同作用下关闭导叶，使机组转速回归到正常转速，完成过速保护系统的一级过速保护，一级过速保护由装置1完成，装置2与装置3均未参与动作。但如果装置1出故障拒绝动作（发卡），或电传感器、电气回路出故障，装置1没有接收到关机信号，装置1仍然处在中间工位，则机组转速将超过115%的额定转速继续上升，进入过速保护系统的二级过速保护。

以上所述的装置2称事故配压阀，也属于液压配压阀部件，有二个工位，即正常工位、事故工位。当机组正常额定转速运行时，装置2处在正常工位，此时没有改变装置1对接力器油管路的联接，接力器受控于装置1。当机组过速，一级过速保护失效，达到二级过速保护值时，电传感器发出信号，操控装置2从正常工位动作到事故工位，此时装置2改变了压力油管路的联接，调速器油压装置的压力油越过装置1，直接通过装置2引至接力器的关机腔，接力器开机腔的油通过装置3、装置2返回到回油箱，导水机构在压力油和重锤的共同作用下关闭导水叶，直至机组停机，完成过速保护系统的二级过速保护，二级过速保护由装置2完成，并摒弃了装置1的作用，装置3未参与动作。但如果装置2也出故障拒绝动作（发卡），或电传感器、电气回路出故障，装置2没有接收到动作信号，仍处在正常工位，则机组转速将超过二级过速值，进入过速保护系统的三级过速保护。

以上所述的装置3称重锤卸荷阀，也称重锤关闭阀，该装置内主要有2个液控阀，一个A阀，一个B阀，这两个阀通过辅助压力油控制开、关，正常状态下A阀的控制油管无压，A阀打开，B阀的控制油管带压，B阀关闭，通过这2个阀可以实现对外部压力油管路的改变，机组在正常运行状态下，外部的油管路通过A阀接至接力器开腔，当机组产生过速并达到第三级过速保护值时，被装置4（纯机械过速保护转速监控装置）控制的辅助压力油发生变化，A阀的控制油管带压，A阀关闭，B阀的控制油管失压，B阀打开，使得外部压力油管路发生变化，接力器开腔的油通过装置3的B阀回到回油箱，回油箱的油与接力器的关腔接通，中间通过一个单向止回阀，这样使得接力器的活塞不再受油压的控制可以移动即实现解锁，导水机构在重锤的作用力下关闭导水叶，直至机组停机，完成过速保护系统的第三级过速保护，三级过速保护由装置3、装置4和重锤完成，装置4发出液压信号，引发装置3动作改变主管路，接力器解锁，在重锤的作用力下完成关停机，摒弃了调速器油压装置、装置1、装置2、电气信号及电气回路的作用，完全通过纯机械的方式关停机，是最可靠的关停机方式，也是最后一道过速保护防线，此时接力器开腔的油经过装置3的B阀回到回油箱，回油箱的油经过单向止回阀补进接力器的关腔，避免接力器活塞运动时关腔出现真空现象，妨碍关闭导叶。

以上所述的装置4（纯机械过速保护转速监控装置），是一种离心飞摆式转速监控装置，主要由离心飞摆与液压配压阀组成，离心飞摆安装在水轮机主轴上，当主轴旋转转速达到整定值时，飞摆在离心力的作用下往外移动，触顶液压配压阀动作，从而改变辅助控制油管的油压，从而控制装置3的A阀和B阀的动作。

以上所述的装置3、装置4与重锤，还可以实现调速器油压装置，瞬间压力油失压甚至为零油压时的关机功能，此时的机组还不一定过速，如机组在正常运行过程中，遇到突发事件，如人为恐怖破坏、或机械强度疲劳性破坏、或地震引发破坏等，造成压力油罐破裂，或供油管路爆管等，引发压力油瞬间失压甚至为零油压时，装置4控制管路的油压由于也来自压力油罐，此时控制管路的油压同样瞬间失压，从而引发装置3的B阀打开，同上第三级过速保护的原理，接力器解锁，导水机构在重锤的作用力下关闭导水叶，实现停机。

本实用新型的实质性特点和进步是：

1、本实用新型的贯流式水轮发电机组过速保护系统，能够实现三级过速保护，传统的过速保护系统仅仅能实现二级过速保护，该系统不仅可以实现机组三级过速保护，还可以实现压力油的油压突然降低甚至为零时的可靠关机，有效地防止水轮机的过速，保护机组的安全运行，提高了过速保护的可靠性、安全性，是目前最安全、最可靠的保护系统；

2、本实用新型的贯流式水轮发电机组过速保护系统，机组在正常运行过程中，遇到突发事件，引发压力油瞬间失压甚至为零油压时，装置4控制管路的油压瞬间失压，装置3的B阀打开，接力器解锁，导水机构在重锤的作用力下关闭导叶，实现停机，传统的过速保护系统难以实现这一功能。

附图说明：

图1是本实用新型的系统示意图；

图2是本实用新型具体实施方式的系统示意图；

图中序号相对的部件名称：

1-调速器油压装置的压力油罐、2-调速器油压装置的回油箱、3-装置1、4-装置2、5-装置3、6-装置4、7-主油管、8-辅助控制油管、9-单向止回阀、10-重锤、11-接力器、12-导水机构。

具体实施方式

以下结合附图1-2及实施例对本实用新型贯流水轮发电机组过速保护系统作进一步的说明：

本实用新型的贯流式水轮发电机组三级过速保护系统，包括调速器油压装置的压力油罐1、调速器油压装置的回油箱2、装置1（主配压阀）3、装置2（事故配压阀）4、装置3（重锤卸荷阀，也称重锤关闭阀）5、装置4（纯机械过速保护转速监控装置）6、主油管7、辅助控制油管8、重锤9、接力器10、导水机构11。所述的调速器油压装置、装置1（主配压阀）、主油管、接力器等控制导水机构的导水叶的打开或关闭，实现对机组正常运行的控制。当机组出现过速达到115%额定转速时，测速装置发出关闭导叶的电信号，引发装置1（主配压阀）动作至关机工位，接力器关闭导叶，控制转速回归额定转速，实现第一级过速保护；当第一级过速保护失败，机组转速达到第二级过速保护值时，测速装置向装置2（事故配压阀）发出关闭导叶的电信号，装置2动作至事故工位，压力油罐的压力油越过装置1，通过装置2，直接向接力器的关机腔供压力油，在接力器的作用下关闭导叶，直至机组停机，实现第二级过速保护；当第二级过速保护也失败，机组转速达到第三级过速保护值时，装置4（纯机械过速保护转速监控装置）的离心飞摆在离心力的作用下往外移动，触顶液压配压阀动作，从而改变控制管路的油压，装置3的A阀关闭、B阀打开，接力器开腔的油通过装置3的B阀回到回油箱，回油箱的油与接力器的关腔接通，中间通过一个单向止回阀，接力器的活塞不再受油压的控制可以移动即实现解锁，导水机构在重锤的作用力下关闭导叶，直至机组停机，完成过速保护系统的第三级过速保护。

如机组在正常运行过程中，遇到突发事件，压力油罐破裂，或供油管路爆管等，引发压力油瞬间失压甚至为零油压时，装置4控制管路的油压也同样瞬间失压，从而引发装置3的B阀打开，同上第三级过速保护的原理，接力器解锁，导水机构在重锤的作用力下关闭导水叶，实现停机。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此而限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。