张靖周
国网湖南省电力有限公司水电分公司，湖南省长沙市 410000
摘要：纯机械过速保护装置安装是国家电网公司和湖南省电力有限公司的重点反措项目。东江水力发电厂大、小东江电站共8台机组均已完成纯机械过速装置的安装，作为机组三级过速保护的最后一级，其动作值仅靠厂家提供的实验报告来确定，无法实现自行校验，对于装置长时间运行准确性无法保证。根据DL/T 817-2014《立式水轮发电机检修技术规程》第4.3条的规定，发电机A修后应进行机组过速试验。生产技术部查阅了网上资料和咨询省电科院，均没有找到合适的校验机构或者设备，遂安排专业技术人员进行自行设计开发。
关键词：纯机械过速保护装置、设计、校验平台、水轮发电机
1 概述
大、小东江电站发电机组原过速保护系统装置，全部依靠电气信号，存在失去电源而失去保护的风险。由此，我厂采用瑞典TURAB公司研制的纯机械过速保护装置，为机组提供最后一级的无源保护。但由于机械过速保护装置的动作转速较高，决定了机组的现地过速试验存在较大的危险性，所以机械过速保护装置动作值的校验不能在现地机组上进行。针对该情况，我厂研制了纯机械过速保护装置校验平台，该平台可以模拟机组真机转速运行，将过速装置按实际安装位置固定后，可通过加速实现模拟真机过速动作试验，我厂研制的校验平台可按照真实大轴安装尺寸和安装位置1:1模拟机械过速保护装置的动作过程，记录动作转速。
2 纯机械过速保护装置
纯机械过速保护装置作为机组的末级无源保护装置，其可靠性是最为重要的，我厂采用瑞典图拉博公司（TURAB）研制的机械过速保护装置。该装置由安装在大轴上的机械过速摆、液压开关阀、安装支架组成。当机组转速超过设定值时，机械过速摆动作，切换液压阀，操作过速限制器（或主配压阀），实现事故停机。
3 校验平台设计
3.1试验方式选定
过速试验方式有两种：一是全拟真试验，即完全模拟机组大轴的直径进行转速试验；二是固定半径，通过记录动作值时的线速度来推算实际动作转速。因第一种试验方式可更为直观、准确地模拟机组过速时的状态，经过讨论，决定采用全拟真试验，。
3.2校验平台的设计
根据我厂大东江电站机组大轴实际尺寸，确定出该试验平台的最大直径，同时考虑到向其他机组扩展的可能性，确定了试验平台的最小直径。即最大直径为我厂大东江电站140MW机组的大轴直径1100mm ，并且向内可以兼容。最大动作转速可满足小东江电站小机动作转速272r/min，并可实现无级变速。
该平台的转动部分采用48V650w直流永磁电机驱动，链条连接。转轴使用双轴承，无上导轴承结构。轴承座采用一体同车方式，确保两个轴承的同心度。最上端使用轴套与转轴连接，转盘与轴套固定。触臂结构由自行车撑脚得到灵感，弹簧拉动，在动作和常态位置均能保持稳定。
电机由48V20A开关电源供电，将一接触器串联在供电回路中，通过0-48V连续可调压控制器控制电机转速。在旋转轴下端用联轴器固定一旋转编码器，单片机电路板采集编码器脉冲并计算转速值和转速百分比值分别显示在1#LED数码管（上排）和2#LED数码管（下排）。过速限制器动作信号使用行程开关采集，该行程开关内置一对常开节点和一对常闭节点。将常闭节点和AC220V电源串联在接触器励磁回路中，常开节点接入单片机外部中断接口。当转速值上升到限位开关瞬间，接触器断开电机电源回路，同时单片机记录过速动作值并将转速值和转速百分比值以闪烁方式分别显示在1#、2#数码管，蜂鸣器发出报警铃音。
在测控电路中，单片机STC89C52RC为核心控制器，利用其12M晶体振荡器及内部T0定时器精确得到1s时间，T2计数器记录每1s内编码器发出的脉冲，通过计算求得该段时间内转速值，并不断刷新。经示波器实测，单片机机器周期仅为0.5us，定时、计数功能非常精确。单片机记录过速动作值并报警、显示。用手持转速测量装置校验其转速，在各测量点误差很小。
该平台传动部分中电机与转轴采用链条连接，不用调整同心度，安装调试简便，链条齿传动不会打滑，传动比稳定，更换齿轮后，可改变转速比，扩展转盘最大转速；对于电机与转轴空间位置选择错开式，安装位置开阔，安装方便；选择体采用转盘结构，并进行动平衡配重，使转动部分更为稳定，转速和转盘均可快速实现扩展，适应不同机型；电机采用低压直流式，其造价低、扭矩大、调速操作简单、转速平稳。同时装有坚固防护网，能保障试验人员安全。
3.3校验平台的优点
该平台实现了非现地试验的过速装置动作值校验，可避免现地过速试验产生的机组安全运行风险，为电厂机组的安全稳定运行提供了技术保障；
该平台可实现水电厂纯机械过速保护装置的自主校验，对装置投运后的动作值实现精确把控，具有推广价值。通过增加装置的检验频率，规定检验周期等，可确保过速保护装置长期处于安全可靠状态；
该平台可对过速保护装置进行多次重复试验，对多次试验的结果进行分析校核，可确保校验数据的准确性。
4 机械过速装置校验
4.1试验平台认定
该试验平台的动作精度已经湖南省电子产品检验所核定，核定报告显示动作误差在允许范围之内，可确保过速保护装置动作数据的准确性。
4.2试验软件
将离心探测器、配重块按照机组大轴尺寸与安装位置安装好，启动软件，显示界面显示出基本参数，通过设置不同参数，可设计预期过速值；将设备接入，点击“连接设备”，可实现自动连接，无需设置串口，波特率9600；点击“开始校验”，软件下发开始校验命令，同时定时读取下位机数据，实时显示，通过读取当前速度，以波形图形式直观表现，并可拖动和保存波形；按照过速试验规程规定，进行三次动作试验，点击“生成报告”，可自动生成测试报告；点击“紧急停机”，软件自动下发紧急停机命令，下位机执行停机动作。
4.3试验报告
该平台投入运行后已随机组检修对大、小东江8台机组的纯机械过速保护装置动作值进行过多次校验，校验结果准确，检测过速装置运行良好：
5 总结
此试验平台的开发、研制及使用，填补了国内水电站相关技术的一项空白，具有极大地推广空间和使用意义。它为机组的纯机械过速保护装置提供了一个可靠的测试平台，目前已成功完成湖南东江水电站、凤滩水电站、紧水滩水电站的过速保护装置校验。解决了国内各水电站投运的机械过速保护装置在运行过程中无法进行检查校验的的问题，消除了可能因为机械过速保护装置拒动而造成机组飞逸的隐患，为机组的安全稳定运行提供了可靠的技术保障。
参 考 文 献
[1]DL/T 817-2014，立式水轮发电机检修技术规程[S]
[2]GB/T 7345-2008，控制电机基本技术要求[S]
[3]JB/T 7346-2014，机械无级变速器试验方法[S]
[4]GB/T 4458.1-2002，机械制图[S]
[5]曹天汉.单片机原理与接口技术[M].电子工业出版社，2014（4）