调速器机械液压系统说明

1、3 调速器机械液压系统说明书附件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，以保证机组的安全运行。2 主要技术数据伺服比例阀最大工作电流:主配压阀直径：主配压阀行程：工作油压：直流电源电压：交流电源电压：3 系统结构3.7A 150mm开

2、方向20mm ；关方向30mm6.3MPaDC220V 或 DC24VAC220V 50Hz双伺服比例阀机械液压系统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。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

3、实现，并实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(U e),即伺服比例阀功放板接受 土0V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

4、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 , -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。d.

5、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=40C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

6、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 DCh 15V电 源供电，并产生 DCt 10V电压作为输出信号技术

7、）。主阀传感器在控制回路中用于实现内环反馈。3.3 电磁阀电磁阀均采用德国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。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

8、的双电磁铁换向阀，操作电源为 DC220V o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。通过检测油压来球阀3.5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3.6时均

9、处于常开状态。判断相应的工作状态，一对常开常闭无源接点输出。采用美国PALL公司高精度双联滤油器，互为备用，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，

10、可直接装 拆压力表而不会引起压力油的外泄。3.9 端子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

11、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。4 工作原理调速器机械液压系统如下:1山好自新檄翻I J4 匚r-a/.,我 白-l-ghr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：4.1 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

12、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

13、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，形成一路小闭环

14、；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；进入手动操作电磁阀的压力油口。液动阀的上方液控口接通回油，液动阀换位后打开主配压阀控制腔与换向阀之间的油路。控制手

15、动操作电磁阀使其阀芯向左运动，输出的压力油直接打开液控单向阀，进入主配压阀的控制腔，控制主配压阀活塞向上运动，它同时带动换向阀向上运动，将主配压阀控制腔的压力油通过液动阀接通回油，使流出的压力油和流进的压力油相等，产生流量反馈，保持主配压阀活塞向上运动后稳定在某个位置，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；当手动操作电磁阀的阀芯恢复中位后，液控单向阀关闭，进入主配压阀控制腔的压力油消失，在流量反馈的作用下，主配压阀控制腔的压力油通过液动阀从换向阀排出，使主配压阀活塞向下重新回到平衡位

16、置，使导叶接力器活塞停止运动，完成一次循环调节。控制手动操作电磁阀使其阀芯向右运动，输出的压力油进入液控单向阀的液控口，打开液控单向阀，将主配压阀控制腔的压力油接通回油，控制主配压阀活塞向下运动，它同时带动换向阀向下运动，将压力油通过液动阀送进主配压阀的控制腔，使流进的压力油和流出的压力油相等，产生流量反馈，保持主配压阀活塞向下运动后稳定在某个位置，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；当手动操作电磁阀的阀芯恢复中位后，液控单向阀关闭，主配压阀控制腔的压力油不再接通回油，在流量反馈的

17、作用下，压力油通过换向阀从液动阀进入主配压阀的控制腔，使主配压阀活塞向上重新回到平衡位置，使导叶接力器活塞停止运动，完成一次循环调节。手动控制方框图1.3 手动/自动运行状态切换调速器手动或自动运行状态的切换是通过改变手自动切换电磁阀的工作位置实 现的。1.3.1 手动切自动调速器电气柜能够通过软件检测自身的工作状态，电气柜工作正常时，将实时跟 踪手动运行，可以随时切换到自动运行状态，只要将手自动切换开关拨至自动位，使 手自动切换电磁阀的电磁线圈上电激磁而工作在自动位，接通机械液压系统的自动控 制通道油路，调速器就完全处于自动运行状态，控制机组自动运行。若电气柜检测到 的自动通道状态量不正常，

18、手动切自动的操作将被电气柜拒绝执行。1.3.2 自动切手动当电气柜或调速器伺服环故障不能正常自动调节时，机械液压系统接受到电气柜 发出的切换信号后能瞬间无扰地切换到手动运行状态，并保持导叶接力器活塞的当前 实际运行位置；在电气柜能正常工作的自动运行状态下也可人为无扰地切换到手动运 行状态，此时伺服比例阀虽然仍接受电气输入，但油路已被切除，不起控制作用，调 速器完全处于手动运行状态。1.4 停机自动正常停机是伺服比例阀在接到来自调速器电气柜的关机信号后，以正常的速度将导叶开度关至零。手动正常停机是在手动运行状态下， 通过现地手动或远方电动操作手动操作电磁 阀来实现机组停机的。当机组出现故障，自动

19、保护系统发出紧急停机信号后， 紧急停机电磁阀右侧线圈 上电激磁，它输出的压力油进入压力继电器 2使之发出紧急停机信号供二次回路使 用；它输出的压力油进入紧急停机液动阀的液控口，紧急停机液动阀换位后使主配压阀控制腔接通回油，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，使导叶接力器活塞回到全关位置。手动紧急停机也可手动操作紧急停机电磁阀的应急按钮实现。紧急停机的直线关闭时间是通过调整装设在主配压阀回油口T 上的节流片孔径大小得到的。按照水轮机调节保证计算的要求进行紧急停机时间调整，为防止接力器关闭速度过快，开始应选择较小孔径

20、的节流片，进行紧急停机操作，并准确记录接力器移动全行程的时间（由于为防撞缸，接力器两端均设有缓冲装置，因此，为避开缓冲的影响，得到准确的接力器快关时间，应采用记录接力器中段从75%关闭到 25%的时间乘以2 来得到全行程关闭时间），根据所测的结果调整节流片孔径大小，再重复上述试验，直到其关闭时间满足调节保证要求。5 安装、使用5.1 安装5.1.1 机械液压系统安装机械液压系统安装调试应遵照调速器安装、调试说明书有关条款进行。5.1.2 配管调速系统中使用的各油气管路在成型焊接后，必须将其内部清理干净。不得残留氧化皮、焊碴等任何脏污物质。机械液压系统有主压力油管、至接力器开启和关闭腔的控制油管

21、、回油管、 控制压力油管、控制回油管、控制阀组的漏油管等管路，四根主油管的内径、外径尺寸应与主阀出口法兰的口径相配；控制回路的压力油管及回油管口径应不小于底板上的接口法兰尺寸。压力油来自压力油罐，回油均通过管路排至回油箱。为保证漏油管通畅，从底板下接出的管路须经变径后采用管径不小于Dn32 以上的管路。在管路的铺设中，尽量减少弯道，水平段管路应水平，不得出现前低后高的情况。在难以保证水平的情况，须使管路前端高后端低。进入主配压阀和控制阀块的压力油，应分别从压力油罐引入，在两路油管上分别装设阀门。5.1.3 主接力器传感器安装为使接力器位置能准确地反馈到调节系统，提高调节性能和准确性，接力器位移

22、传感器直接安装在接力器上。由于接力器与控制环联结的活塞杆有直动和摆动两种结构，其位移传感器的安装必须注意：传感器的固定部分应与机坑或接力器缸体固定在一起，不得松动；而传感器的运动部件须与接力器活塞上的直动部件一起运动。当活塞杆为摆动式时，传感器的运动部件须安装在其活塞杆套上。安装传感器时须保证传感器与接力器活塞的运动轴线平行。系统具备条件后，还应将接力器缓慢从全关到全开，再从全开到全关操作，观察传感器运动部件，与固定部件应不发生卡涩、磕碰，否则应对其进行调整。5.2 使用机械液压系统安装、配管及对外连接完毕，就可以进行该装置的调整试验及使用。5.2.1 注油本系统适用GB11120 所规定的L

23、-TSA46 或粘度与之相近的汽轮机油。用油必须洁净，应定期化验油质，保证用油质量。给系统注入新油时，一定要经过过滤。根据电厂使用实际情况，定期检查，当滤油器压差发讯装置发出报警信号时，一定要及时切换滤油器的工作位置，并更换退出工作一侧的滤芯，为下一次切换工作作好准备。5.2.2 供油本系统在设计上已将主配压阀到接力器的操作油与先导部分的控制用油分隔开来，分别向主配压阀和控制阀块引入压力油。操作油和控制油管路上均装有阀门，每次通油时，应首先缓慢开启压力油罐到机械液压系统控制阀块压力管路上的阀门，待压力油进入系统并达到额定值后，再将此阀开到全开。然后以同样的方法打开到主配压阀的操作油阀门。首次通

24、油或检修后通油时，调速系统的管路中存在许多空气，而由于空气具有压缩性， 在管路或元件中形成气体弹簧，运行中将造成系统振荡，为了避免系统振荡及消除管路系统中的空气，通油时须缓慢打开阀门，通油后首先应缓慢手动或电手动操作接力器从全关到全开，再从全开到全关，并反复进行数次，以排除管路中的空气，为正式运行作好准备。机组正常停机后，为实现快速开机，处于备用状态的机组最好不关闭进入调速器的压力油。如果需长时间停机而切断系统油源，须在接力器全关，机组完全停止后，首先关闭进入主配压阀的操作油，再关闭进入控制阀块的压力油。5.2.3 运行正常情况下，调速器均应处于自动状态运行。开机之前，只需将手自动切换开关置于

25、自动运行位置，一切控制均通过电气调节器完成。手动运行时，对导叶接力器的开度控制是通过操作该系统的手动操作电磁阀进行的。直流电源正常，操作者可通过控制柜正面的“手动操作 ”开关按其上的“开 ”、 “关 ”指示增减导叶开度，开关是弹簧复位的，操作结束后开关会自动回到中位；也可直接操作控制阀块上部的操纵杆推动手动操作电磁阀阀芯从而增减导叶开度。手动操作电磁阀具有弹簧回中功能，电磁铁断电失磁后，其阀芯自动回中，完成一次操作。使用操纵杆时，有时可能因操纵机构存在摩擦而使操纵杆不能及时完全回中，因此，每次手动操作结束后应注意将操纵杆复中，将操纵杆处于垂直位置。6 维护本机械液压系统为全液压集成式伺服比例系

26、统，整个装置为模块式结构，液压元件均设置在阀块上，阀块内部流道尺寸较大，通流能力强，只要正常运行，机械液压系统维护工作量极低。6.1 日常维护日常维护中应注意清扫灰尘，以保持机械液压系统系统清洁，机组每运行一段时间，尤其是新投运或大修后投运一段时间后，应检查端子、元件等的固定螺钉，以防松动而接触不良，影响机组安全运行。6.2 滤油器的使用维护本系统中使用的是可在线切换的双筒滤油器，该滤油器由切换阀、压差发讯器、压力平衡阀、双滤筒及滤芯等组成。滤油器通油之前，其切换阀手柄应处于水平位置，并将手柄上的定位销插入阀体上的定位孔，以防止切换不到位影响滤油器的通流能力。切换手柄端部的箭头方向所指的滤筒为

27、工作滤筒。在滤油器工作过程中，油液中的杂质、污物将被滤芯过滤掉，使清洁油液进入控制系统。随着时间的推移，滤芯中容纳的污物逐渐增加，使滤芯前后产生压力差，当压力差达到其压差发讯器的整定值时，将发出指示信号，维护人员需前往切换滤油器工作位置，并更换已污损的滤芯。该滤油器为可在线切换型，因此，其工作位置切换和更换滤芯均可在机组运行情 况下进行。滤油器切换及滤芯更换方法步骤如下：滤油器示意图(1) 打开压力平衡阀，使切换阀受力平衡；(2) 拔起切换手柄上的定位销；(3) 转动手柄180° ,插入定位销；(4) 关闭压力平衡阀，切换完成。(5) 旋开需更换滤芯一侧滤筒上的螺塞；(6) 旋开滤筒；(7) 更换滤芯；(8) 装上滤筒；(9) 打开平衡阀向滤