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1、 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及附属设备投标文件 附件3 FJ 3 附件 3调速器机械液压系统说明书 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 1附件 3 调速器机械液压系统说明书1 概述HGS-H21-150-6.3 型调速器机械液压系统与微机型电气调节装置配合组成微机型电液调速器，适用于巨型混流式水轮发电机组的自动调节和自动控制，其主要作用是：1.1 实现水轮机转速的单机调节和控制。1.2 实现机组按规定操作程序进行正常的自动启动和自动停机、空载、单机或并网带负荷稳定运行。并能在机组运行中出现故障时，进行手动和自动事故停机及必要的机组保护操作，以保证机组的
2、安全运行。2 主要技术数据伺服比例阀最大工作电流： 3.7A主配压阀直径： 150mm主配压阀行程： 开方向 20mm；关方向 30mm工作油压： 6.3MPa直流电源电压： DC220V 或 DC24V交流电源电压： AC220V 50Hz3 系统结构调速器机械液压系统在设计上采用液压集成技术和流量控制、流量反馈技术，使得运动部件实现无间隙传递运动，极大地降低了死区并提高了控制精度，集成阀块、液压元件和功能部件之间的油路连接均采用 O 型密封圈静止密封方式，无泄漏，大量使用标准液压元件。系统主要由主配压阀、集成阀块、滤油器等几部分组成，主配压阀是实现操作接力器的功能部件，集成阀块是实现液压逻
3、辑各元件总成后的功能部件，滤油器是提供洁净压力油的功能部件，系统各功能部件之间的油路连接和控制压力油、控制回油的对外连接均通过底板实现，并实双伺服比例阀机械液压系统 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 2现各功能部件的单层布置，系统内无杠杆，整机结构简洁新颖，安装、调试、操作、维护简便。本装置内所有电气连接线路都通过设于底板上的接线端子与外部相连。端子的一侧与装置内各元件的接线相联，另一侧与外部的对应接线联结。在所有联接导线中，伺服比例阀、位移传感器等元件的内外信号电缆均须采用屏蔽电缆与电气柜输出端子相连。3.1 伺服比例阀采用德国 BOSCH 公司生产的
4、伺服比例阀作为调速器液压系统的电液转换元件。伺服比例阀工作原理如下：根据伺服比例阀的输入输出特性 Q=f(UE)，即伺服比例阀功放板接受 10V 的控制信号，经其放大后输出相应的电流信号，电流信号在伺服比例阀线圈中产生的磁场驱动比例电磁铁移动相应的位移量，从而带动伺服比例阀的阀芯移动，输出相应的流量，输出流量与输入控制信号成比例线性关系。阀芯移动的同时，内置差动变压器式位移传感器检测阀芯位置，并将其信号反馈到比例放大器，与比例电磁铁形成闭环位置控制。伺服比例阀外形图 伺服比例阀剖面图以伺服比例阀作为电液转换元件具有以下特点：a. 动态响应好，NG10 的伺服比例阀阶跃信号的调节时间25ms ，
5、-3db 频宽约 4070Hz。b. 静态精度高，其滞环，重复精度为 0.1%0.2%。c. 采用强电流信号控制，功率大，提高了伺服比例阀的操作力，加上结构简单，无阻尼孔，因此抗油污能力强，提高了伺服比例阀工作的可靠性。 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 3d. 精确制造的硬质阀芯和硬质阀套，其轴向配合精度达到 0.002mm，保证了其液压功率级达到伺服阀所要求的零开口工作状态，以及陡峭的压力增益特性和平直的流量增益特性。e. 零位耗油量小，公称流量 100l/min、NG10 的伺服比例阀在 10MPa 压力下泄漏量2l/min 。f. 温漂小，当T=
6、40 时，其输出变化1%。g. 内置差动变压器式位移传感器检测阀芯位置，并将其信号反馈到比例放大器，与比例电磁铁形成闭环位置控制系统，大大提高了比例电磁铁的动态特性。DC/DC位置检测方式，提高了差动变压器的响应特性和抗干扰能力。h. 与之配套的比例放大器采用桥式双控高频脉宽调制驱动电路，配合小电感电磁线圈，提高了比例阀的响应速度，并且使电磁线圈中电流升高和降低的时延基本相同，在电路上为提高比例阀的频响提供了条件。比例放大器所设置的具有 PID 调节功能的电流和位置两个闭环控制回路，使伺服比例阀达到了最佳特性。3.2 主阀传感器采用德国 BOSCH 公司生产的耐压型位移传感器。位移传感器是根据
7、差动变压器的原理工作的，套在线圈中的铁芯在耐压管内移动，耐压管可以承受最大到 315bar 的压力，能实现对压力介质中的某一区段进行位移测量，测量过程是无接触和无磨损的、分辨率也是不受限制的。放大器集成在阀体内，并根据相应的行程进行调节。传感器由 DC15V 电源供电，并产生 DC10V 电压作为输出信号（DC/DC 技术）。主阀传感器在控制回路中用于实现内环反馈。3.3 电磁阀 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 4电磁阀均采用德国 REXROTH 公司的产品。3.3.1 手自动切换电磁阀由一只二位四通单电磁铁换向阀实现对导叶接力器的手自动运行状态切换。
8、电磁阀上电为自动运行状态，失电为手动运行状态，操作电源为 DC24V，在自动运行中 DC24V 电源消失时，能自动切换到手动运行状态，防止机组运行失控。3.3.2 双比例阀选择电磁阀是一只二位三通单电磁铁换向阀，操作电源为 DC24V。由电气柜对调速器伺服环回路进行实时检测和故障判断，根据切换逻辑控制本选择电磁阀，实现双伺服比例阀之间的无扰切换。3.3.3 紧急停机电磁阀是一只二位四通带定位机构和手动应急按钮的双电磁铁换向阀，操作电源为DC220V。其作用是当机组或系统发生需要停机的故障时，接受来自机组或系统的故障保护信号紧急关闭导叶开度，强迫机组停机。本阀也可以通过现地操作手动应急按钮，实现
9、紧急停机。3.3.4 手动操作电磁阀是一只三位四通双电磁铁换向阀，操作电源为 DC220V。在调速器手动运行状态下，实现对导叶接力器的开、关控制。本机械液压系统设置有现地机械手动操作模式，通过二次设计，可以实现远方电动手动操作。3.4 压力继电器采用德国 REXROTH 公司的产品。通过检测油压来判断相应的工作状态，一对常开常闭无源接点输出。3.5 球阀球阀采用德国 HYDAC 公司的产品。主配压阀中位调整及检修伺服比例阀时使用，系统正常工作时均处于常开状态。 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 53.6 滤油器采用美国 PALL 公司高精度双联滤油器，互
10、为备用，能在线手动切换。当滤油器压差增大到规定值时，压差开关动作，发出报警信号。滤芯由外层螺旋缠带、上游加强层、滤材、下游加强层、金属内芯五个层次的结构组成，滤材采用特种变径纤维，形成渐变孔径结构，滤材纤维及孔径沿流体流动方向逐渐缩小，分层次阻截不同粒度的颗粒，不但纳垢容量大、过滤精度高，而且也提高了滤材的使用寿命。3.7 压力表采用德国 STAUFF 公司的产品。用于指示液压系统工作压力。3.8 测压接头采用德国 STAUFF 公司的产品。安装在阀块上用于连接压力表，该测压接头内带有单向阀，可直接装拆压力表而不会引起压力油的外泄。 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3
11、FJ 3 - 63.9 端子采用德国 PHOENIX 公司的产品。端子模块采用高绝缘性能的热固性塑料，紧固金属部件采用高质量的铜合金制造，具有接触电阻低、抗腐蚀能力强的特性。3.10 主配压阀采用法国 ALSTOM 公司的产品。主配压阀从结构原理上讲是一只三位四通阀，通过主阀活塞的位移输出流量信号以控制导叶接力器的动作。3.10.1 停机态在没有调节压力时，主配压阀阀芯由于自重和长期作用于阀芯顶部腔的常压油 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 7而受向下推力处于“关闭位置”。阀芯处于机械关闭极限位置。3.10.2 运行态电液转换器输出的调节压力油，导致阀芯
12、下部控制腔的供油或排油，从而改变阀芯的位置。下腔中油的每一体积对应主配压阀阀芯的每一个位置。3.10.2.1 开启如下腔供油，阀芯上升。这个向上位移致使： 使油口 P 和 A 内油相互流通； 使油口 B 和 R 内油相互流通，驱动接力器向开启方向运动。3.10.2.2 关闭如下腔排空，阀芯向下运动。这个向下位移致使： 使油口 P 和 B 内油相互流通； 使油口 A 和 T 内油相互流通，驱动接力器向关闭方向运动。 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 84 工作原理调速器机械液压系统如下：调速器机械液压系统图调速器机械液压系统是具有内闭环的相对独立的电液随动
13、系统，它能够与电气柜及自动化系统一起，对机组进行自动控制，也可以单独对机组进行手动控制，其工作原理如下所述: 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 94.1 自动控制在自动运行状态下，通过手自动切换电磁阀输出的压力油：进入液动阀的上方液控口，关闭主配压阀控制腔与换向阀之间的油路；进入两只伺服比例阀的压力油口。伺服比例阀 1 和伺服比例阀 2 互为备用，由电气柜对调速器伺服环回路进行实时检测和故障判断，根据切换逻辑控制切换电磁阀，实现伺服比例阀 1 和伺服比例阀 2 之间的切换。两只伺服比例阀的工作原理相同，下面只对伺服比例阀 1 形成的自动通道的工作过程进行
14、叙述。自动控制方框图伺服比例阀 1 接受电气柜输出的开机电流信号，使伺服比例阀 1 的阀芯向左运动，将压力油送进主配压阀的控制腔，控制主配压阀活塞向上运动，主配压阀输出的压力油进入导叶接力器的开启腔，导叶接力器关闭腔的压力油通过主配压阀接通回油，从而控制导叶接力器活塞向开方向运动，达到导叶开度增大的目的。同时，主配压阀活塞的位置通过主阀位移传感器反馈到伺服比例阀 1 的功放板，形成一路小闭环；另外，导叶接力器活塞的位置经导叶位移传感器反馈到电气柜的综合放大回路，形成一路大闭环，分别使伺服比例阀 1 的阀芯、主配压阀的活塞回到平衡位置，使导叶接力器活塞停止运动，完成一次循环调节。伺服比例阀 1
15、接受电气柜输出的关机电流信号，使伺服比例阀 1 的阀芯向右运动，将主配压阀的控制腔接通回油，控制主配压阀活塞向下运动，主配压阀输出的压力油进入导叶接力器的关闭腔，导叶接力器开启腔的压力油通过主配压阀接通回油，从而控制导叶接力器活塞向关方向运动，达到导叶开度减小的目的。同时，主配压阀活塞的位置通过主阀位移传感器反馈到伺服比例阀 1 的功放板，形成一路小 黄河拉西瓦水电站水轮机调速系统及其附属设备投标文件 附件3 FJ 3 - 10闭环；另外，导叶接力器活塞的位置经导叶位移传感器反馈到电气柜的综合放大回路，形成一路大闭环，分别使伺服比例阀 1 的阀芯、主配压阀的活塞回到平衡位置，使导叶接力器活塞停止运动，完成一次循环调节。4.2 手动控制在手动运行状态下，换位后的手自动切换电磁阀输出的压力油：进入压力继电器 1 使之发出手动运行信号供二次回路使用；进入手自动切换液动阀的液控口，手自动切换液动阀换位后使主配压阀控制腔接通手动操作电磁阀，伺服比例阀 1 和伺服比例阀 2 的输出油路均已被切除，它们不再对系统产生控制作用；进入手动操作电
