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筒閥控制系統同步性能分析

1筒閥控制原理

(1)正常啟閉過程。筒閥正常啟閉過程工作原理是:筒閥在正常開停機過程中采用中間快、兩頭慢的運行方式，即在離全開或全關2%的開度時同步分流器關閉，不工作，只有糾偏閥組打開使筒閥緩慢運動達到全開或全關位置時，筒閥才正常啟閉。(2)事故關閉過程。機組事故關閉筒閥過程工作原理:在機組過速情況下，過速裝置直接作用于筒閥液壓回路，打開分流器使筒閥快速關閉直至全關位置。在此過程中6個接力器由分流器保證同步的同時糾偏閥組也參與同步糾偏。(3)糾偏控制原理。糾偏過程控制原理:開啟筒閥過程中，以6個接力器的平均位移為基準;關閉筒閥過程中，以6個接力器的最大位移為基準;當接力器與基準相比較偏差超過2mm時，糾偏閥組開始動作糾偏;當相鄰接力器活塞桿位移偏差超過5mm或接力器活塞桿間最大偏差超過12mm時，失步保護動作，筒閥停止，通過糾偏閥組調整同步后，再打開同步分流器油路(接力器動作的主油路)。

2同步分流器的分流性能分析

在正常的開停機流程中，由于筒閥是在導葉關閉后再關閉的，此時筒閥即使失步也不影響機組的安全停機。但是在事故情況下，機組轉速無法降低，如果緊急關閉筒閥時卻失步無法關閉，這將造成無法想象的后果。錦屏二級水電站筒閥同步分流器采用JAHNS雅恩斯MTL系列徑向柱塞式液壓同步分流馬達，分流精度可達到±0．4%～±0．8%，筒閥需移動距離(即座環固定導葉高度)為786mm，經計算筒閥從全開到全關的接力器最大行程偏差為786×0．8%×2×3=37．7mm，這樣造成的筒閥水平傾斜量。筒閥與固定導葉出水邊上的導向塊間隙為1．2～1．7mm(直徑方向上的間隙為2．4～3．4mm)，由此可見筒閥圍繞某一接力器而發生37．7mm的傾斜只會造成筒閥水平1．93mm的傾斜量，所以這樣筒閥不會因為導向塊的間隙不足造成卡死，即在靜水條件下只有同步分流器參與的筒閥關閉過程中，筒閥是不會卡阻的。在動水條件下因為筒閥是一個大直徑薄壁的非剛性的筒體，那么在下落過程中是無法避免的會與導向塊發生碰撞的，但此時糾偏閥組會通過糾偏調節使接力器的行程偏差遠遠小于37．7mm，即筒閥閥體與導向塊的間隙將幾乎不會變小而造成卡阻。但是在不62平衡力作用下(如剪斷銷剪斷)筒閥會發生巨大的變形量，發生卡阻的幾率會很大，但這不是同步系統的問題而是筒閥閥體的問題。

3機組過速情況下的筒閥同步系統動作分析

當機組過速時，過速切換閥動作后在油路上直接打開接力器下腔液控單向閥使接力器下腔排油回路打通，并且通過綜合控制閥組內部液壓回路直接打開同步分流器關閉筒閥。電氣部分檢測到過速信號后，控制糾偏閥組進行糾偏保證筒閥各個接力器的同步。在此過程中同步分流器的動作無需電氣信號的控制，完全通過液壓部分就實現筒閥關閉，僅僅是糾偏需要PLC控制，但即使是沒有糾偏閥動作，同步分流器也可以保證分流精度。機組過速時，同步系統完全可以可靠關閉筒閥。

失電狀態下的可操作性

失電狀態下壓油泵無法啟動，所有電磁閥回到失電位，PLC也無電源，開度測量裝置也無信號，此時只能人工手動操作液壓回路關閉筒閥。在此狀態下的可操作性有以下兩方面:(1)壓油罐的壓力油是否足夠保證筒閥的關閉。設計時考慮了壓力油罐容積能夠保證操作接力器3個全行程而不啟動油泵。這3個全行程所要求的容積，相應于從最小正常工作油壓的油位到壓力油罐事故低油壓相應的油位。機組正常運行時壓力油罐在6．1～6．3MPa(高于最小工作油壓6．1MPa)，所以壓油罐的容積是完全能夠保證筒閥安全關閉的。(2)失電時液壓回路是否能夠通過手動操作來實現筒閥的關閉。系統失電后所有的電磁閥回到中位或失電位后，筒閥的分流器回路和糾偏回路全部關閉，筒閥保持在全開狀態，與筒閥正常全開狀態相比只是糾偏回路關閉，其余閥組狀態無區別。綜合閥組和糾偏閥組中設置了手動操作電磁閥的操作機構，可以控制分流器來實現筒閥關閉。所以，筒閥即使在油壓裝置油泵失去動力電源、控制系統完全失電的情況下也能夠保持在全開狀態，緊急情況下運行維護人員可以通過手動操作關閉筒閥。

筒閥運行時的常見故障與處理

(1)油質不潔凈與管路差異造成的不同步。管路焊接安裝過程中產生的焊渣和雜質一旦進入油系統后將會阻塞同步分流器造成接力器的不同步，也會因為管路長度不一使油壓力損失不一造成筒閥不同步。除了在管道焊接完畢后酸洗管道以外，可在反復動作筒閥的同時使用濾油機過濾油雜質，在調試過程中調整接力器進出口油閥門閥門開度以平衡管道長度不一造成的影響。

(2)導向塊與限位塊制造安裝不合格造成的不同步。導向裝置是保證筒閥同步運行不可缺少的部分，如果導向裝置安裝完畢后不合格，那么筒閥不同步的情況很可能發生。頂蓋下端面限位塊安裝完畢后不在同一水平面上也會造成筒閥在全開位置附近造成筒閥不同步。

(3)糾偏方式不合理造成的油混水。筒閥油壓系統的油混水原因除了接力器的密封不嚴外，還與筒閥同步系統選用的基準行程有關。基準行程的選擇有以下3種方案。方案A。以接力器位移量最大值作為基準值，PLC根據偏差大小控制其他接力器的糾偏閥組向相應的接力器額外補充壓力油，使動作較慢的接力器移動加快，達到同步控制目的。方案B。以接力器位移量取平均值作為基準值，PLC根據偏差大小控制其他接力器的糾偏閥組向相應的接力器額外補充或減排壓力油，使動作較慢或較快的接力器移動加快或減緩，達到同步控制目的。方案C。以接力器中位移量最小值作為基準值，PLC根據偏差大小控制其他接力器的糾偏閥組向相應的接力器額外減排壓力油，使動作較快的接力器移動減慢，達到同步控制目的。如果基準行程選擇不合理，糾偏不及時，動作慢的接力器很容易受到相鄰接力器的牽引而使接力器下腔出現負壓或是壓力小于水壓力，造成接力器下腔進水。要使得接力器下腔不進水宜在筒閥開啟時選用方案C，關閉時選用方案A以減小接力器下缸可能出現的負壓。

(4)其他原因造成的不同步。不同步的其他原因主要還有位移傳感器差異造成的"不同步";糾偏PID算法不合理造成的糾偏不到位;分流器精度達不到設計要求等。

作者：竇學剛顧挺張冬生單位：四川錦屏水力發電廠