在水電站運行中，當水輪發(fā)電機組突然甩負荷時，調速器自動控制水輪機快速關閉導葉，壓力管道內產生水壓和機組轉速上升。對于壓力引水管道較長的電站，改變導葉關閉時間，有時不能同時使壓力和轉速上升都控制在允許的范圍之內。為時，通常采用設置調壓井或調壓閥等方法來解決壓力和轉速上升的矛盾，保證電站安全運行。但設置調壓井需要較大的投資和較長的工期，而有些電站限于地形、地質條件，還難于建造調壓井，因此對于這一類中小型電站采用調壓閥方案具有較明顯的優(yōu)勢。
     目前生產的全油壓控制TFW型調壓閥具有和導葉液壓聯動的特點，安全可靠、投資少、工期短等優(yōu)勢。從上個世紀80年代以來國內已有近百座水電站設計中取消了調壓井，采用TFW型全油壓控制調壓閥，還沒有發(fā)生一起安全事故。浙江的金坑、宣平溪等水電站已經安全運行了多年，即使是發(fā)達國家，如挪威在水電站中也大量使用調壓閥來代替調壓井(額定水頭為158m、單機容量60MW的TJΦRHM水電站就是一個例子)。 現就調壓閥的液壓原理、特點、過渡過程等作如下闡述。
    1、全油壓控制調壓閥液壓原理
    全油壓控制TFW型調壓閥基本動作是：快速開啟，緩慢關閉；小負荷變化時，調壓閥不動作；甩較大負荷時，調壓閥開啟，并具有導葉兩段關閉的性能；增負荷時，調壓閥不起作用。 經過改裝的調速器特殊主配壓閥和調壓閥的液壓控制系統(tǒng)，其特點是全部采用壓力油直接進行控制和操作，其液壓原理如下：
    (1)機組負荷不變時。主配壓閥活塞在“平衡位置”，壓力油通過P1腔經過節(jié)流閥A后進入調壓閥接力器關閉腔TG，調壓閥開啟腔TK通排油腔O2。由于調壓閥關閉腔的壓力大于閥盤上的水推力，故調壓閥處于關閉位置。如果調壓閥本來已經打開，就向關閉側運動。
    (2)機組減少量負荷時(約機組額定出力的15％以內)。由于主配壓閥上移量較小，處于“減部分負荷”位置，僅有少量壓力油從P1腔經節(jié)流閥A后進入導葉接力器關閉腔JG腔而緩慢關閉導葉，調壓閥關閉腔壓力略微減少，但仍大于閥盤上的水推力，調壓閥開啟腔TK通排油腔O2，故調壓閥保持關閉狀態(tài)。
    (3)當機組瞬時甩較大負荷時(大于機組額定出力的15％以上)。主配壓閥活塞上移量較大，處于“甩較大負荷”位置，大量壓力油直接經過TK腔進入調壓閥接力器開啟腔，調壓閥快速開啟，而調壓閥關閉腔TG與導葉接力器關閉腔JG連通，導葉接力器開啟腔JK通排油腔O2，導葉快速關閉。所以調壓閥快速開啟，導葉快速關閉，兩者是協(xié)聯同步的，滯后時間為零。
    (4)當機組增負荷時。主配壓閥活塞下移，處于“增負荷”位置，壓力油P1直接進入導葉接力器開啟腔中，調壓閥關閉腔壓力略微減少，但仍大于閥盤上的水推力，調壓閥開啟腔TK通排油腔O2，故調壓閥保持關閉狀態(tài)。
    (5)導葉兩段關閉裝置。在調壓閥開始快速開啟時，受節(jié)流閥C的限制，油壓迅速升高，油壓逆止閥開啟，調壓閥關閉腔TG的壓力油進入導葉接力器關閉腔JG，多余的油量經節(jié)流閥D回至調速器回油箱，故調壓閥開啟速度加快，提前開到限位環(huán)所限制的位置，此時導葉接力器未處于全關位置，只能通過少量來自節(jié)流閥A的壓力油緩慢關閉，從而起到導葉分兩段關閉的功能。
   (6)如果調壓閥失靈，機組只能通過節(jié)流閥A的少量壓力油慢速關閉，以保證引水管道壓力上升不超過允許值。
   (7)各節(jié)流閥的作用。①節(jié)流閥A：整定調壓閥失靈時導葉慢關時間，也定了調壓閥的關閉時間；②節(jié)流閥C：整定油壓逆止閥的開啟壓力，以保證逆止閥迅速開啟；③節(jié)流閥D：整定導葉兩段關閉的拐點位置。
    2、調壓閥特性
    國內現有全油壓控制調壓閥按直徑和水頭共分7個品種，主要由四川夾江水工機械廠和重慶水輪機廠生產。
    (1)結構特點。TFW型調壓閥的本體帶導葉消能和補氣的閥殼、錐型或圓形的閥盤、平衡腔、接力器、引導油腔、活塞行程限制環(huán)、進排水管和補氣閥等組成。接力器及引導油腔直接與閥殼連成整體，體積小，結構簡單，布置緊湊。
   (2)流量特性。根據調壓閥的閥塞類型和Yx/Dx值查詢單位流量Q1x′見表2，由此得到調壓閥的相應流量Q＝，從而可以繪制出各種調壓閥的開度與流量關系曲線。
   (3)操作特性。調壓閥最低操作油壓的范圍一般在1.3～2.0MPa之間，并隨著調壓閥工作水頭的提高而提高，最高的操作壓力一般為2.5MPa。
   (4)布置要點。調壓閥的布置應盡可能不增加機組間距和跨度，并與調速器、進水閥等協(xié)調布置。對于立式機組，一般布置在蝸殼進口前或蝸殼進口段上，對于臥式機組一般布置在水輪機進水閥后蝸殼進口前的鋼管上。調壓閥的泄流方式應考慮消能效果，盡管水流通過調壓閥后消除了大部分能量，但仍應考慮剩余能量的消除。
    3、設置調壓閥電站的過渡過程
    假定水輪機、調壓閥的流量與時間呈線性關系，而且互相匹配很好，因而整個引水系統(tǒng)的流量也呈線性關系變化。
    3.1計算標準
   （1）機組突甩負荷后，有關規(guī)范蝸殼最大壓力升高率按以下情況考慮：①額定水頭小于40m時，宜為70％～50％；②額定水頭在40～100m時，宜為50％～30％；③額定水頭大于100m時，宜小于30％。裝設調壓閥后，有條件將壓力升高控制在更小的升壓范圍內，結合引水系統(tǒng)的設計和分段關閉裝置的現場調整，獲得較優(yōu)的關閉規(guī)律。
   （2）機組甩負荷時轉速升高率按以下情況考慮：①當機組容量占電力系統(tǒng)總容量的比重較大，且擔負調頻任務時，宜小于45％；②當機組容量占電力系統(tǒng)總容量的比重不大或擔負基荷時，宜小于55％。 考慮到目前的允許轉速升高有提高的趨勢，建議裝設調壓閥后轉速升高率在計算時可按50％控制。
   （3）機組突增負荷和甩部分負荷時，壓力下降應保證在水庫死水位時整個壓力管道都有2m以上的正壓力余量。    
     3.2變量說明
     除說明的變量之外，計算時仍需涉及到的變量如下： （1）Ts′：不考慮壓力升高，控制速率升高的情況下，機組全關閉時間； （2）β：允許的轉速升高率； （3）ζ：允許的壓力升高率； （4）QTM：允許機組減少的流量； （5）Yg：水輪機空載相對開度； （6）Yk：調壓閥全開時水輪機接力器相對開度。
     3.3計算方法
    (1)根據β求Ts′及調壓閥開啟時間Txk。計算Ts′與不設調壓閥時的方法一樣，可以根據《水電站機電設計手冊》(水力機械)中的有關公式計算。由此得到Txk＝(1－Yg)×Ts′。當采用導葉一段關閉規(guī)律時，Txk＝Ts′。
(2)根據ζ求水輪機慢關閉時間Tsm。計算Ts′與不設調壓閥時的方法一樣，可根據水錘相的特點，利用阿列維公式反算得到。
    (3)計算機組允許的流量減少QTM。按線性關系，調壓閥開始關閉前的時間為Txk＋Tp，而機組流量減少的速率允許值為(Txk＋Tp)／Tsm，因此，QTM＝(Txk＋Tp)／Tsm×QT。計算時，由于Tp的不確定性，采用QTM＝Txk／Tsm×QT簡化計算是安全的。
    (4)計算調壓閥的泄放流量Qx及開度Yx。水輪機流量的減少和調壓閥泄流的增加導致引水系統(tǒng)的過流量變化，因此應保證QTM≤QT－QX－Qg，由此得到調壓閥的泄放流量QTM。根據調壓閥的流量特性計算得到所需的開度Yx，并選擇調壓閥型號及參數。
    (5)驗算機組增負荷造成的壓力下降。此時調壓閥不動作，計算時可按1臺機組從空載開度突增到全負荷的情況，計算方法與不設調壓閥的情況一樣，可根據有關設計手冊的公式計算壓降，從而確定合理的增負荷開機時間。
    (6)驗算甩部分負荷時調壓閥仍全開時造成的壓力下降。①計算調壓閥全開時水輪機接力器開度：Yk＝(Tsm＋Txk－Ts)／Tsm；②根據機組接力器行程和導葉開度關系曲線查得導葉開度τ０，然后從轉輪綜合特性曲線查得單位流量Q１′，計算水輪機流量QT＝Q１′×D12×H(1／2)；③根據調壓閥限制開度計算調壓閥全開流量：QＸ＝；④如果QＸ＞QT，則在起始段出現壓力下降：計算引水系統(tǒng)平均流速Ｖ、計算流速變化ΔV＝(QＸ－QT)×V／QT、計算導葉接力器從Yk開度開始關閉的時間Tk＝Yk×Ts′、計算管道特性系數ρ＝a×ΔV／(2×g×H)、σ＝L×ΔV／(g×H×Tk)，根據ρτ０判斷最大水錘出現的相序計算壓力下降。
    (7)根據壓力下降計算成果確定是否需要優(yōu)化壓力管道的布置。
    4、調壓閥的整定
調壓閥參數整定前，機組、調速器、油壓裝置及調壓閥設備應全部安裝合格，并達到啟動試運行的要求后，根據調節(jié)保證計算成果進行有關參數的整定。
(1)初調各節(jié)流閥至一定位置，模擬動作數次，排除管路中的空氣。
(2)切除調壓閥，調整節(jié)流閥A，整定導葉的慢關閉時間。
(3)投入調壓閥，調整節(jié)流閥D，整定兩段關閉的拐點位置。
(4)調整節(jié)流閥C，整定油壓逆止閥的啟動油壓。 
(5)導葉快關閉時間和增負荷開機時間仍由特殊主配壓閥開口大小來整定。
     5、結語
    (1)由于全油壓控制TFW型調壓閥具有動作靈敏、安全可靠、結構簡單、調整維護方便、沒有滯后時間、投資少等優(yōu)點，因此自20世紀80年代以來，國內已有近百座水電站在設計中取消了調壓井而采用TFW型含油壓控制調壓閥；即使發(fā)達國家的水電站中也大量采用調壓閥替代調壓井(挪威TJΦRHM水電站就是其中之一，該電站額定水頭為158m，單機容量為60MW)。
    (2)由于本控制系統(tǒng)的調壓閥在負荷小擾動條件下不動作，而此類電站的水流慣性時間常數TW均較大，因此對于裝設調壓閥的電站，在選擇調速器時，其暫態(tài)反饋強度bt和緩沖時間常數Td及有關技術參數，要有盡可能大的可調范圍。
    (3)由于機組流量特性和調壓閥流量特性不同，難以完全匹配一致，往往在導葉關閉起始時段和關閉結束時段發(fā)生壓力下降，因此合理選擇調壓閥和水輪機導葉的啟閉規(guī)律，使整個引水系統(tǒng)流量均勻變化，可以減少或避免壓力下降。
    (4)對于高水頭電站的調壓閥可采用不銹鋼密封環(huán)，以提高止水效果和延長密封壽命，從而減少能源浪費。
    (5)目前多數中小型調速器的操作油壓已經提高到4～16MPa，計算機監(jiān)控系統(tǒng)也在大多數的水電站投入使用。為適應這種變化，調壓閥也需作相應的改進(如增設調壓閥行程信號裝置，參與到機組的運行控制中，防止調壓閥仍處于開啟狀態(tài)時機組增負荷)。 

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