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長江三峽機組快速閘門液壓系統快閉回路優化方案

文檔作者：于忠敏，賀小平文檔來源：三峽水力發電廠		點擊數：	更新時間： 2025年12月28日
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２０１４ 年第９ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ９
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１２３ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１２３
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０９．００９
收稿日期：２０１４ －０３ －１４ 作者簡介：于忠敏，男，工程師，從事水工機械和金結工作。
長江三峽機組快速閘門液壓系統快閉回路優化方案
于忠敏，賀小平
（三峽水力發電廠，湖北宜昌?。矗矗常保常常?
摘要：介紹了長江三峽電站７００ ＭＷ 水輪發電機組快速閘門液壓系統的動作原理，分析了閘門快閉過程中可能出現門
體突然停止運動的風險，提出了通過優化液壓系統回路解決此風險的方法。
關鍵詞：長江三峽；快速閘門；液壓系統；回路優化
中圖分類號：ＴＶ６６４．２：ＴＰ２７２　　　文獻標志碼：Ａ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１４）０９ －００２９ －０４
Optimization of the Quick Closing Circuit in Hydraulic System for
Fast Operating Gates of Hydropower Units in Three Gorges Hydropower Station
ＹＵ Ｚｈｏｎｇｍｉｎ， ＨＥ Ｘｉａｏｐｉｎｇ
（Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ， Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３１３３， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｆａｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｇａｔｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ７００ ＭＷ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｕｎｉｔｓ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ
Ｇｏｒｇｅｓ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇａｔｅｓ ｓｕｆｆｅｒ ａ ｒｉｓｋ ｏｆ ｓｕｄｄｅｎ ｓｔｏｐ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕｉｃｋ ｃｌｏｓｉｎｇ
ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ， ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕｉｃｋ ｃｌｏｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ａｖｏｉｄ
ｓｕｃｈ ｒｉｓｋ． Key words： Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ； ｆａｓｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｇａｔｅ； ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ； ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
　　三峽左右岸電站共設置２６ 臺機組，單臺裝機容量
７００ ＭＷ，每個壓力鋼管前設置快速閘門?？焖匍l門主
要作為機組轉輪飛逸或壓力鋼管破裂等緊急情況的最
后保護，當水輪發電機組因調速系統失靈而出現飛逸
或壓力管道發生破裂事故時，通過自控或手動控制將
閘門在一定時間內快速關閉，以保護機組和廠房的安
全?？焖匍l門在機組檢修時亦可兼做檢修門使用，所
以對機組來說，保證機組快速門在各種工況下的穩定
運行至關重要。
目前電站快速閘門多采用液壓啟閉機控制其啟
閉，快速閘門液壓系統采用差動回路快速閉門，在電動
控制閉門過程中先導電磁閥開啟控制插裝主閥打開實
現閉門動作。系統在快速閘門快閉的過程中若電磁閥
電磁鐵芯燒損或突然斷電，快速閘門就無法繼續關閉
而突然停止運行，繼而產生很大的液壓沖擊可能會使
管路出現爆裂。為此，需要對三峽電站快速閉門液壓
控制系統實際運行情況進行分析、研究，找出提高快速
閘門快速閉門的可靠方法。
１　快速閉門液壓控制系統原理與分析
1．1　系統原理
快速閉門液壓控制系統原理見圖１。
１）快速關閉。ＹＶ２ 得電，插裝閥２７ 打開，油缸有
桿腔油通過插裝閥２７ 連通油缸無桿腔，油缸在門體重
力的作用下缸桿快速伸出，快速閉門動作開始，充液閥
２３ 靠負壓打開從油箱補油?？焖匍]門的速度主要由
節流孔板的大小控制，節流孔板的大小先通過計算取
得大致尺寸，然后通過試驗確定實際需要的尺寸。
２）啟門。插裝閥３７ 打開，高壓油進入油缸有桿
腔，插裝閥４５ 打開油缸無桿腔連通回油，啟門動作
開始。
３）慢速閉門。慢速關閉時，ＹＶ６ 得電插裝閥３６
打開，油缸有桿腔油通過插裝節流閥３６ 連通油缸無桿
腔，油缸在門體重力的作用下缸桿伸出，慢速閉門動作
２９
水電與新能源２０１４ 年第９ 期
開始，充液閥靠負壓打開從油箱補油。慢速閉門的速
度主要由插裝式節流閥３６ 的調節開度來控制。
1．2　可靠性分析
基于快速閉門的不可逆性，要求快速閘門關閉時
必須在規定時間內關閉到位，門體從全開到充水壓閥
全開需（２１０ ±１５）ｓ。而快速閉門控制插裝閥組不具
備位置自鎖功能，若閉門過程中ＹＶ２ 意外斷電或電磁
球閥４１．２ 電磁鐵燒毀，插裝閥２７ 就會關閉，快速閉門
液壓動作終止，起不到保護機組的作用；若２６１ ｔ 的快
速門關閉時的巨大慣性產生的液壓沖擊造成啟閉機液
壓系統管路或元件爆裂，此時可實現閉門，但由于管路
爆裂，系統修復時間較長，而液壓油大量外泄也會造成
環境污染。
圖1　三峽電站快速閉門液壓原理圖
　　
２　優化方案
為了提高快速門液壓啟閉機的可靠性，根據快速
閘門長期持門于全開位的工作特點，優化方案應考慮
能減少執行快閉命令時拒動的因素，確?？扉]過程中
電磁鐵失電或損壞時能可靠閉門到位。
2．1　優化液壓系統（方案一）
２．１．１　優化原理
液壓系統優化方向為在液壓系統電磁鐵ＹＶ２ 接
到快速閉門命令的脈沖信號（時長１ ｓ）后，快速閉門
液壓啟閉機可在無外部作用下快速閉門，優化后原理
見圖２。序號５５ 元件選用哈威（ＨＡＷＥＩ） 型號為
ＶＰ１ －Ｓ －Ｈ 的截止式換向閥，該閥最小換向控制壓力
為１ ２００ ｋＰａ；序號５６ 元件選用派克（ＰＡＲＫＥＲ）型號
為Ｄ１ＶＷ３０ＤＮＪＣ 帶定位機構的換向閥，該閥為無彈簧
復位電磁閥，電磁鐵得電換向后失電，換向后的閥芯位
置會一直保持，直到反方向電磁鐵得電換向。
１）快速閉門。電磁鐵ＹＶ２ 得電后序號為４１．２ 的
電磁球閥油口Ａ、Ｔ 導通，插裝閥２７ 控制腔與回油連
通失壓，插裝閥主閥打開實現快速閉門動作；同時插裝
閥２７ 控制腔失壓后液控換向閥５５ 控制腔失壓，液控
換向閥５５ 的Ｐ、Ａ 腔導通，電磁換向閥５６ 的Ｐ、Ａ 導
通，此時即使電磁鐵ＹＶ２ 失電，插裝閥控２７ 制腔仍與
回油連通，閉門不會停止。
２）開度小于５００ ｍｍ 啟門。電磁鐵ＹＶ３ 得電，壓
力油通過插裝閥，進入油缸下腔，啟門；同時電磁鐵
ＹＶ８ 得電，電磁換向閥５６ 的Ｐ 與回油斷開，即使啟門
壓力或持住充水閥壓力低于液控換向閥５５ 的的換向
壓力，插裝閥２７ 也不會打開。
３）開度大于５００ ｍｍ 啟門。電磁鐵ＹＶ３ 得電，壓
力油通過插裝閥，進入油缸下腔，啟門；動作后電磁鐵
３０
于忠敏，等：長江三峽機組快速閘門液壓系統快閉回路優化方案２０１４ 年９ 月
ＹＶ７ 得電，電磁換向閥５６ 的Ｐ 與連通，因持門壓力為
８ ＭＰａ，啟門壓力為１０ ＭＰａ，啟門時液控換向閥５５ 換
向，油口Ｐ、Ａ 切斷，插裝閥２７ 在持門或啟門狀態不會
打開。
圖2　液壓系統優化原理圖
　　具體動作原理見表１。
表1　改進后電磁鐵得電順序表
動作 ＹＶ２ ＹＶ３ ＹＶ４ ＹＶ５ ＹＶ６ ＹＶ７ ＹＶ８ 開度小于５００ ｍｍ 啟門－ － － － － － （ ＋）
開度大于５００ ｍｍ 啟門－ ＋ － － － （ ＋） －
快速閉門＋ － － － － － －
注： ＋表示電磁鐵得電； －表示電磁鐵失電；（ ＋）表示得電１ ｓ
后失電。
２．１．２　優缺點分析
優點：采用元件為成熟產品，元件質量可靠性高。
缺點：回路復雜，采用液壓元件較多，控制程序
復雜。
2．2　優化定位電磁球閥（方案二）
２．２．１　優化原理
液壓系統優化方向為在液壓系統中電磁鐵ＹＶ２
或ＹＶ７ 接到快速閉門命令的脈沖信號（時長１ ｓ）后，
快速門液壓啟閉機可在無外部作用下快速閉門，優化
后原理見圖３。序號４１．２、序號５５ 元件選用帶定位機
構的換向閥，電磁鐵得電換向后即被定位到Ａ －Ｔ 開
啟狀態，直到手動復位向電磁鐵得電換向，見表２。帶
定位機構的電磁閥無標準產品，需研制。
圖3　快閉回路定位電磁球閥優化原理圖
表2　改進后電磁鐵得電順序表
動作 ＹＶ２ ＹＶ３ ＹＶ４ ＹＶ５ ＹＶ６ ＹＶ７ 快速閉門（ ＋） － － － － （ ＋）
注： ＋表示電磁鐵得電； －表示電磁鐵失電；（ ＋）表示得電１ ｓ
后失電。
２．２．２　優缺點分析
優點：只需增加一個定位電磁球閥，不需改動控制
程序，現場改造簡單，系統可靠性提高較多。
缺點：目前無成熟產品，需研制新的定位電磁球
閥，但有其他電站應用經驗可供借鑒。
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水電與新能源２０１４ 年第９ 期
2．3　優化電動球式截止閥方式（方案三）
２．３．１　優化原理
液壓系統優化方向為在液壓系統中電磁鐵ＹＶ２
快速閉門命令的脈沖信號（時長１ ｓ）后或電動機ＹＶ７
接到快速閉門命令的信號（時長３０ ｓ）后，快速閉門液
壓啟閉機可在無外部作用下快速閉門，優化后原理見
圖４。序號５５ 元件選用高壓電動球閥，球閥得電換開
啟后即被定位到Ａ －Ｔ 開啟狀態，直到得到關閉信號
位關閉，見表３。
圖4　快速閉門電動球閥優化原理圖
表3　改進后電磁鐵得電順序表
動作 ＹＶ２ ＹＶ３ ＹＶ４ ＹＶ５ ＹＶ６ ＹＶ７ 快速閉門＋ － － － － ＋
注： ＋表示電磁鐵得電； －表示電磁鐵失電。
２．３．２　優缺點分析
優點：電動球閥可采用成熟的有限轉角電磁執行
器與高壓球式截止閥組合而成。
缺點：因高壓球式截止閥開啟力矩較大，選取有限
轉角電磁執行器產品體積較大；完全開啟時間較長為
１０ ～３０ ｓ（時間越短，體積越大）。
３　可行性分析及推薦方案
１）方案一增加元件較多，但不會增加閉門系統誤
動可能性，不能降低快速閉門的拒動可能性；改造后可
保證閉門開始后閉門到位?，F場改造實施工作量較
大，需采購元件較多，一次投入和維護成本較高；工藝
難度較低，易于實行。
２）方案二不會增加閉門系統誤動可能性，改造后
可大大減少拒動的可能性，可保證閉門開始后可閉門
到位?，F場改造實施工作量小，但需先開發設計定位
電磁閥，相對前期投入較大，維護成本較低，產品研發
有一定工藝難度。
３）方案三增加元件最少，不會增加閉門系統誤動
可能性，降低了快速閉門的拒動可能性；改造后可保證
閉門開始后在電動球式截止閥完全打開后，可閉門到
位?，F場改造實施工作量較大，一次投入和維護成本
較高；工藝難度較低，易于實行。
經過綜合分析， 推薦方案二（ 優化定位電磁
球閥）。
４　方案二電磁換向閥性能要求
電磁換向閥的性能要求見表４。
表4　電磁換向閥性能指標及技術要求表
性能指標要求
換向性能
換向和復位迅速，無卡滯現象，停留試驗不得
有卡死現象
壓力損失
液流流過電磁換向閥的閥口時的流動損失和
節流損失
內泄漏量不應有泄漏
響應時間 電磁鐵通電到閥芯換向終止的時間≤０．４ ｓ 鎖定性能
在閥芯動作后其鎖定的可靠性，不得有鎖定
滑脫現象
復位性能
在需要復位時，其復位性能可靠，即可遠程操
作復位也可手動復位
耐久性
（使用
壽命）
在額定工況下，電磁座閥應能承受≥１０ 萬次
換向，其零件不應有異常磨損和其他形式損
壞，內泄漏量每分鐘不超過４ 滴，其他各項性
能指標下降不應超過規定值的１０％
密封性
額定工況下，靜密封不得滲油，動密封不得
滴油
耐壓性
電磁座閥各承壓油口應能承受該油口最高工
作壓力的１．５ 倍，不得有外滲漏及零件損壞 等現象
　　性能試驗參照ＪＢ／Ｔ １０８３０ －２００８ 液壓電磁換向
座閥行業標準執行，測量準確度等級要求為Ｂ 等級。
裝配和外觀的檢驗參照ＪＢ／Ｔ １０８３０ －２００８ 液壓
電磁換向座閥行業標準執行。
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