[发明专利]一种冲击式水轮机外筒控制流量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于水力机械工程，特别是一种冲击式水轮机外筒控制流量装置及方法。 

背景技术

冲击式水轮机调速器的调节功能，与轴流转浆式(含斜流式、贯流式)水轮机一样，需要进行双重调节，即对喷嘴与外调节机构（折向器或分流器）进行同时调节，并保持预定的协联关系，以实现对转轮的流量控制，满足对水轮机转速与出力的自动调节。因此，对于上述形式水轮机的调速器，都不例外采用双重调节方式。由于冲击式水轮机一般均为中小型，单机容量大多都在30 MW 以下，而这些机组又都并入电网运行，其单机容量占电网装机容量大多都在10％ 以下，机组运行的稳定性对电网影响较小,特别是冲击式水轮机调节系统中的外调节机构（折向器或分流器），对机组的调节带来噪声、振动（图1、图2外调节机构（折向器或分流器）1安装在喷嘴3的端头，受喷嘴3伸入转轮室4的悬臂效应，外调节机构（折向器或分流器）1投入工作后给机组产生很大的振动及噪音）等实际问题，以及折向或分流的水流通过转轮室的碰撞对转轮的二次作用难以通过实验及理论确定也是冲击式机组双重调节的理论问题，因此,许多新设计制造的中小型冲击式水轮机为了减少上述问题对机组运行的影响,已明确外调节机构（折向器或分流器）仅担负事故保护的功能，不参与水轮机的调节，也就不再与喷针开关保持协联关系,只有在机组负荷有大的变化（机组转速上升或下降到一定值）外调节机构（折向器或分流器）迅速(一般为2～3 s)遮挡水流或开启，机组甩负荷时外调节机构（折向器或分流器）迅速遮挡水流。随着这几年国内国外高水头冲击机组的发展，单机容量已经达到187.5MW，在有的电网中占有的比重越来越大，这样的调节带来的问题将会越来越突出，主要的问题： 

1、当这样的机组容量在电网中占有比重较大时，机组的性能极其不稳定，会引起电力系统的不稳定引发事故．

    　如云南高桥电站安装有三台立式四喷嘴冲击式水轮发电机组，单机容量30 MW，额定水头550 m，额定转速600 r／min。水轮机采用了进口转轮，配有国产CJWJ一4／1—63型，微机(PIE)调速器；该调速器为四个喷针接力器和一个折向器接力器，用数控球阀作为电液转换元件，调速器采用喷针开度位移传感器作为电气反馈元件，折向器位移仅有开度指示，无反馈元件，与喷针开度无协联关系，因此也不参与调节，仅起事故保护作用。高桥电站以一回110 kV线路接入地区电网，地区电网以一回220 kV线路与省网相联，高桥电站系并入省电网的末端并网运行，在电网及电站正常运行状态下，尚未发现运行稳定性方面的问题．

    　2004年9月中旬，高桥电站接入的地区网与省网相联的220 kV联络线安排停电检修。在断开220kV联络线后，高桥电站作为主力电源与所接入的地区网处于孤立电网运行状态。高桥电站当时三台机组共带80 MW负荷运行，而所在地区网的负荷仅有25 MW左右，220 kV联络线断开意味着高桥电站的负荷由80 MW突然降至25 MW，处于负荷大波动状态，电网周波迅速上升至59．7 Hz，三台机甩负荷在2 s内关闭折向器至全关，地区电网突然失去主力电源，周波急降至47．8 Hz，高桥三台机同时迅速打开折向器，电网周波又急速上升；周波急速变化往复几次，电网负荷相继全部切除(低周减载)，地区电网崩溃，高桥三台机转速降至300 r／min全部解列，厂用电消失。省电网只得再合220 kV联络线，恢复对地区电网供电，然后再陆续将高桥电站三台机并入电网，历时40 min，致使地区电网对重要负荷的供电中断十几分钟，造成电网供电中断事故；

2、由于外调节机构（折向器或分流器）遮挡水流的不彻底性，为了满足机组转速上升的要求，必须是喷针在一定时间内关闭。冲击式水轮机是高水头一般都是长引水式电站，满足了喷针的关闭要求，往往引水系统压力上升又不满足要求，又为了满足压力上升要求，引水系统都设有一个较大的调压井，工程投资费用较大。