CN115341515B - 一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置及控制方法，该装置包括连接在蜗壳取水口与尾水管之间的供水管，供水管上安装电动流量调节阀，电动流量调节阀与控制柜电连接，电动流量调节阀与蜗壳取水口之间的管路上安装压力变送器，压力变送器与蜗壳取水口之间的管路上安装第一压力开关和第二压力开关，第一压力开关、第二压力开关和压力变送器均与控制柜电连接。本发明的装置和方法提高了水电站机组技术供水系统、主变技术供水系统及空调技术供水系统的稳定性与可靠性，避免水电站各技术供水系统因压力过高导致空冷器、三部轴承油冷器、冷水机组、主变及空调受损引发事故停机，对机组、主变及空调系统安稳运行具有重要意义。

Description

一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置及控制方法

技术领域

本发明属于水轮发电机组运维技术领域，涉及一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置及控制方法。

背景技术

某水电站技术供水系统采用自流供水，蜗壳取水经滤水器、两级减压阀、四通换向阀供至三部轴承油冷器、空冷器等部位冷却设备。四通换向阀换向、减压阀失效等，将导致系统压力升高，危及技术供水系统及水轮发电机组安稳运行，此时需要有泄压阀能够准确稳定动作，泄走部分高压水，降低供水系统压力，保障供水系统安稳运行。该水电站二级减压阀后，安装有机械式水力泄压阀，机械式水力泄压阀动作可将系统部分水量排至尾水，降低系统压力，因尾水位较泄压阀位置高，因此泄压阀后压力随尾水位变化，该电站所安装机械式水力泄压阀存在卸载压力不精准、不适用于尾水位变化的工况，泄压阀动作困难等情况。

分析导致上述情况的原因是，机械式水力泄压阀利用水力导阀使主阀控制腔排水或补水，进而控制泄压阀开关。该种控制方式存在两大弊端：

一是阀后背压易发生变化，导致控制泄压阀开关时不准确，甚至背压较大时，出现开阀困难的情况。

二是开阀时无法根据阀前压力及时调整开度，以保证泄压阀开度与当前压力处于最优状态，避免因开度过大或过小，导致系统压力过低或过高。

发明内容

为解决背景技术提出的问题，本专利旨在设计一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置及控制方法，解决泄压阀卸载压力不精准、不适用于尾水位变化的工况，泄压阀动作困难的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置，包括连接在蜗壳取水口与尾水管之间的供水管，所述供水管上安装电动流量调节阀，所述电动流量调节阀与控制柜电连接，所述电动流量调节阀与所述蜗壳取水口之间的管路上安装压力变送器，所述压力变送器与所述蜗壳取水口之间的管路上安装第一压力开关和第二压力开关，所述第一压力开关、第二压力开关和压力变送器均与所述控制柜电连接。

优选的，所述第一压力开关用于控制电动流量阀开启，所述第二压力开关用于控制电动流量阀关闭。

优选的，所述压力变送器用于与第一压力开关和第二压力开关比较，避免第一压力开关或第二压力开关测量出错，导致电动流量调节阀误动作。

本发明还提供了一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置的控制方法，定义第一压力开关的设定压力值为P1，第二压力开关的设定压力值为P2：

当第一压力开关提供的开关量和压力变送器提供的模拟量同时到达动作压力P1+(P2-P1)×95%时，电动流量调节阀保持30秒，若此时压力变送器的压力依然高于动作值，控制柜控制电动流量调节阀执行开阀程序；

开阀过程中，当压力变送器压力降到P1+(P2-P1)×20%时，控制柜控制电动流量调节阀停止开阀；

当电动流量调节阀全开，且系统压力依然无法达到P1+(P2-P1)×95%以下时，电动流量调节阀保持全开状态。

优选的，当第二压力开关和压力变送器压力低至P1+(P2-P1)×5%，电动流量调节阀保持1分钟，若此时压力依然低于P1+(P2-P1)×5%，控制柜控制电动流量调节阀关闭；

关阀过程中，当压力变送器的压力再次超过P1+(P2-P1)×5%，电动流量调节阀停止关闭，并保持原位不动；当第二压力开关和压力变送器压力降至P1+(P2-P1)×5%，继续执行关阀程序，重复上述关阀过程直到电动流量调节阀全关。

优选的，关阀过程中，当电动流量调节阀处于停止状态10分钟以上，控制柜退出关阀流程并发出报警信号，以用于提醒维修人员对技术供水系统进行调整。

本发明的有益效果如下：

1、本发明中，电动流量调节阀开度可根据系统压力进行实时调节，调整流量调节阀关闭速率可适应不同的系统压力。

2、本发明中，系统压力不受背压影响，电动泄压方式动作准确，可适应性强，自动化程度高，系统压力异常时，运维人员可及时发现，并通过减压阀对系统压力进行调节，系统可靠性更高。

3、本发明的装置和控制方法，提高了水电站机组技术供水系统、主变技术供水系统及空调技术供水系统的稳定性与可靠性，避免水电站各技术供水系统因压力过高导致空冷器、三部轴承油冷器、冷水机组、主变及空调受损引发事故停机，对机组、主变及空调系统安稳运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、蜗壳取水口；2、尾水管；3、供水管；4、电动流量调节阀；5、控制柜；6、压力变送器；7、第一压力开关；8、第二压力开关。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

水电站机组技术供水线路在实际运行中有多种运行工况，为详细分析该供水线路泄压阀关闭带来的压力和流量波动对供水系统运行安全的影响及水锤防护措施，针对机组技术供水运行情况，本申请发明人选取减压阀正常和故障工况作为控制工况，进行了泄压阀关闭过渡过程的分析。

在正常工况下，由于管道里压力较小，因此，因泄压阀不同关闭规律导致的水压上升最大值并不明显，且随着关闭时间的增加，水压上升最大值变小，最大仅有额定工作压力的2%~3%左右。减压阀开启过程中的水力振荡造成的最大水击压力为额定工作压力的7%~8%左右，且该振荡的衰减时间为2~3s，只有在泄压阀关闭时间较短（如2s）时，二者的水力振荡过程会发生叠加，影响最大水击压力，但这种影响相对较小。从总管流量变化来看，由于减压阀打开正常工作，总管流量首先降低，最大降低量约为额定流量的50%左右，然后恢复至额定流量的时间与泄压阀关闭时间有关，泄压阀关闭得越快，总管流量的减小量就越小，恢复至额定流量的时间就越短。

故障工况下，由于管道内初始水压很高，因此水力过渡过程中主管压力和流量的变化与正常工况下的显著不同，最大水击压力不仅受因减压阀开启的影响，也受泄压阀关闭的影响，且后者起主导作用。在故障工况下，水压上升最大值随着泄压阀关闭时间的增加而逐渐变小，最大达额定工作压力的40%左右。减压阀开启过程中的水力振荡造成是造成水击压力减小的主要原因，且该振荡的衰减时间明显慢于正常工况。因此，在泄压阀不同关闭时间下，二者的水力振荡过程均会发生叠加，从而影响最大水击压力。从总管流量变化来看，总管流量变化更为平稳，同样与泄压阀关闭时间有关，其最小降低量仅有额定流量的25%左右（2s关闭规律），相比正常工况下的流量减少值要小25%左右。

为了得到最优的关阀规律，本申请的发明人对不同工况和不同关阀水力过渡过程的水压和流量变化进行了分析。无论是在正常工况还是故障工况下，泄压阀以特定时间关闭后所导致的最大水压上升值和最大流量降低值总是相斥的，也就是最大水压上升值越大，对应的最大流量降低值就越小。

对于故障工况，水力过渡过程中最大压力升量和最大流量减小量的变化规律是，最大水压上升量随关阀时间增加而减小，最大流量减小量随关阀时间增加而增加。

在正常工况下，随关阀时间增加，最大水压上升量和最大流量减小量同样呈现相反的变化趋势，这与故障工况的规律是类似的。因此，存在一个最优关阀规律，使得最大水压上升量和最大流量减小量都相对较小。

实施例1

基于上述研究结果，本实施例提出了一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置，包括连接在蜗壳取水口1与尾水管2之间的供水管3，所述供水管3上安装电动流量调节阀4，所述电动流量调节阀4与控制柜5电连接，所述电动流量调节阀4与所述蜗壳取水口1之间的管路上安装压力变送器6，所述压力变送器6与所述蜗壳取水口1之间的管路上安装第一压力开关7和第二压力开关8，所述第一压力开关7、第二压力开关8和压力变送器6均与所述控制柜5电连接。

本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

上述实施例中，所述第一压力开关7用于控制电动流量阀4开启，所述第二压力开关8用于控制电动流量阀4关闭；所述压力变送器6用于与第一压力开关7和第二压力开关8比较，避免第一压力开关7或第二压力开关8测量出错，导致电动流量调节阀4误动作；控制柜5用于接收第一压力开关7、第二压力开关8和压力变送器4传入的数据，判定并控制开启或关闭电动流量调节阀4。

实施例2

一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置的控制方法，定义第一压力开关7的设定压力值为P1，第二压力开关8的设定压力值为P2：

当第一压力开关7提供的开关量和压力变送器6提供的模拟量同时到达动作压力P1+(P2-P1)×95%时，电动流量调节阀4保持30秒，若此时压力变送器6的压力依然高于动作值，控制柜5控制电动流量调节阀4执行开阀程序，两个信号缺一不可；

开阀过程中，当压力变送器6压力降到P1+(P2-P1)×20%时，控制柜5控制电动流量调节阀4停止开阀；

当电动流量调节阀4全开，且系统压力依然无法达到P1+(P2-P1)×95%以下时，电动流量调节阀4保持全开状态。

进一步的，关阀程序中，当第二压力开关8和压力变送器6压力低至P1+(P2-P1)×5%，电动流量调节阀4保持1分钟，若此时压力依然低于P1+(P2-P1)×5%，控制柜5控制电动流量调节阀4关闭；

关阀过程中，当压力变送器6的压力再次超过P1+(P2-P1)×5%，电动流量调节阀4停止关闭，并保持原位不动；当第二压力开关8和压力变送器6压力降至P1+(P2-P1)×5%，继续执行关阀程序，重复上述关阀过程直到电动流量调节阀4全关。

进一步的，关阀过程中，当电动流量调节阀4处于停止状态10分钟以上，控制柜5退出关阀流程并发出报警信号，提醒维修人员对技术供水系统进行调整。

需要说明的是，电动流量调节阀4关闭速率根据水锤计算的特征相容方程计算，假定电动流量调节阀4全开时，压力变送器6压力为Pc=P1+(P2-P1)×5%，给定电动流量调节阀4关闭时长t使压力变送器6处最大压力Pmax≈P2，此状态下电动流量调节阀4关闭速率V=2π/t,根据V选择合适的电动执行机构控制电动流量调节阀4的开闭。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种适用于带背压技术供水系统的泄压装置，包括连接在蜗壳取水口与尾水管之间的供水管，所述供水管上安装电动流量调节阀，所述电动流量调节阀与控制柜电连接，其特征在于：所述电动流量调节阀与所述蜗壳取水口之间的管路上安装压力变送器，所述压力变送器用于与第一压力开关和第二压力开关比较，避免第一压力开关或第二压力开关测量出错，导致电动流量调节阀误动作；所述压力变送器与所述蜗壳取水口之间的管路上安装第一压力开关和第二压力开关，所述第一压力开关用于控制电动流量阀开启，所述第二压力开关用于控制电动流量阀关闭，所述第一压力开关、第二压力开关和压力变送器均与所述控制柜电连接。