某大型电站油压装置的选型计算

某大型电站油压装置的选型计算

陈彦和,王继承,刘松源

雅砻江流域水电开发有限公司   四川成都 61000

[摘要]：水轮发电机组调速系统油压装置的作用是为调速系统提供安全、可靠、稳定的压力油源, 以实现水轮发电机组的开停机、频率和负荷调节。结合某大型电站的压力油罐和油泵的选型设计过程的介绍，分别应用经验估算法和精确计算法对油压装置的容量进行了计算和验算。

[关键词]  大型电站；调速器；油压装置；选型计算

0 概述

水轮发电机组调速系统油压装置的作用是为调速系统提供安全、可靠、稳定的压力油源，以实现水轮发电机组的开停机、频率和负荷调节。水轮机调节系统油压装置应有足够的压力油工作容积以保证在正常工作油压下限和油泵不打油时，压力油罐的容积应能在压力降不超过正常工作油压下限和最低操作油压之差的条件下，仍能够正常驱动导叶接力器 3个全行程动作，以保证水轮发电机组运行的安全可靠。因此，设计出合适的油压装置就显得尤为重要。

某大型电站配装有6台500MW的混流式机组，其调速器采用南京南瑞公司双微机调速系统，调速器系统有自动、电手动、纯手动三种控制方式，正常工作时为自动工作状态，手动和纯手动作为试验和调试用。系统具有正常动作、手动增减、紧急停机、掉电复中、分段关闭、事故停机、机械过速停机等功能条件。

1系统构成

某大型电站的油压装置由压力油罐、回油箱总装、压力油罐和回油箱之间的管路、压力油罐和导叶接力器之间的管路组成。压力油罐是由钢板焊接而成的蓄能器, 内装L-TSA46号汽轮机油和压缩空气, 其总容积比例为1:2。回油箱是由钢板焊接而成的立方体, 用来收集调速器的回油和漏油。油压装置控制柜根据检测到的压力油罐的压力、液位和回油箱的液位，控制组合阀卸载、加载和油泵电动机起、停，从而保持压力油罐的油压稳定在工作油压范围内，为水轮机控制系统提供稳定的工作油压。

某大型电站的油压装置由于装机较大，所以选用了分离式布置。压力油罐安装在回油箱前侧，通过两台主油泵和一台辅助油泵与回油箱相连，回油箱内的清洁油经螺杆泵工作进压力罐。事故配压阀布置在回油箱后侧，水轮机控制系统的液压控制部分布置在回油箱上，油压装置整体采用地面布置形式。

2 油压装置容量选择计算

2.1水轮机已知参数

导叶接力器容积复核：

根据公式得：

（除去杆径）

2.2管路规格尺寸确定

已知导叶接力器容积VG=0.348m3，导叶最快关机时间TGS=5s，根据

根据管路内径计算公式

根据设计及选型尺寸要求，主供油管路的公称直径为DN150mm。

2.3压力油罐总容积计算

根据《水轮机控制系统技术条件》第 4.5.2项规定[1]:“压力油罐可用油体积:在正常工作油压下限和油泵不打油时，压力油罐的容积至少应能在压力降不超过正常工作油压下限和最低操作油压之差的条件下提供规定的各接力器行程数，对混流式水轮机为 3 个导叶接力器行程”。因此，从工作油压下限到最低操作油压的最低操作油压的用油体积为3个导叶接力器容量。根据波义耳定律，在一个闭合的系统内，如温度和气体量保持不变时，一定质量的理想气体所产生的压力与它所占有的体积成反比。3个导叶接力器行程按照规律进行，它处于等温规律 (状态变化非常缓慢) 和具有幂指数为 1.4 的绝热规律(状态变化非常快)之间。1.25是根据大型油-气压力罐的经验得来的经验数据[2]。此处按4个导叶接力器容量计算:

上式中：

P1：最小正常工作油压

P2：最低油压

P3：最大正常工作油压

V1：最小正常操作油压下空气容积（m³）

VG：导叶接力器总容积（m³）

V：压力罐容积（m³）

V0：压力罐封头容积（m³）

将已知数据代入上式中得：

根据选型设计及压力油罐冗余量考虑最终取V=10m3

2.4油压装置回油箱容积的计算

当油压装置在正常工作时，不需考虑回油箱中油液的自然散热情况，即回油箱中不需要过高的油位，回油箱正常工作油位高度只要满足泵吸油口过滤器的高度要求即可，设正常工作油位高度0.5m。根据厂房预留空间的实际情况，回油箱的长度尺寸设3.2m，宽度设为2.2m。

2.4.1正常运行时回油箱内油的容积

当机组正常运行时回油箱内油的容积为：

3.2 × 2.2 × 0.5=3.52m3

2.4.2回油箱最大储油量的计算

回油箱内的最大储油量应满足：

（1）将1/3压力油罐总容积的油（约3.33m3）倒进正常工作油位的回油箱；

（2）回油箱内的油位不超出滤网高度，滤网最高点距回油箱顶板约

100 mm，合0.7m3；

（3）主操作油管路内的油（预估油管路长约20 m，管路直径为150 mm，油约0.35m³）。

则回油箱内的最大储油量应为三者之和：3.33+0.7+0.35 =4.38m3

2.4.3回油箱高度的计算

按照技术要求，其容积不小于压力油罐全部油量和依靠重力从调速系统返回回油箱的全部油量之和的 1.1 倍，回油箱有足够的容积，以使油泵能在一个合适的工作油位范围内运行。

回油箱的高度为：

经对回油箱容积余量的考虑，最终回油箱高度选择为1.6m

则回油箱体积为：

3.2×2.2×1.6=11.2m3

2.5油泵电机组容量计算

根据设计要求，主油泵的输油量应不小于9.0L/s，转速为1450r/min。辅助油泵的输油量应不小于1.0L/s，转速为1450r/min。

2.5.1油泵工作时，所需打油量计算：

油泵工作时，所需打油量为压力罐内压力从6.0MPa至6.3MPa所需补充的油量

根据波义耳定律：

上式中：

P1:最小正常工作油压

V1:最小正常操作油压下的空气容积（m³）

P2:最大正常工作油压

V2:最大正常操作油压下的空气容积（m³）

压力罐内压力从6.0MPa至6.3MPa需打油量为：

则单只油泵每分钟输油量需为：

主油泵的输油量9.0L/s符合要求。

2.5.2油泵电机组选型

根据SEIM的选型手册，选择油泵型号为YPWOF083#6A，转速四级，流量576L/min，功率78.3kW。

辅助油泵选择YPOF040#6C，转速四级，流量68.5L/min,功率10.8kW。

主泵电机选择1TL0001-2DB23-3GA5，电压等级380V，功率90kW，西门子贝德。

辅助油泵电机选择1TL0001-1DB43-3GA5，电压等级380V，功率15kW，西门子贝德。

3 结语

通过精确计算和复核，油压装置的型号确定为YZ－10－6.3，油压装置的容积余量多达 2.24m³，回油箱余量多达2.6m³，所选油泵效率远高于实际所需效率，这些足以保证水轮机控制系统有足够的压力油源，提高了水电站运行的可靠性和安全性。

[参 考 文 献]

［1］GB/T 9652． 1—2007，水轮机控制系统技术条件［S］.

［2］席步云.油压装置的容量选择计算[J].中国新技术新产品,2009(04):92.