电站压力管道爆破保护系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN89103092.1

申请日:

1989.05.02

公开号:

CN1046968A

公开日:

1990.11.14

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

|||授权|||公开|||

IPC分类号:

F16L55/00

主分类号:

F16L55/00

申请人:

褚志富

发明人:

褚志富

地址:

黑龙江省宁安县镜泊湖发电厂

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明是水电站输水压力管道上使用的电站压力管道爆破保护系统。该系统通过测流翼、滤波稳压器和U2W液压式差动保护装置等将液压源信号直接地反应转变成为保护工作信号,它设有零点保护和运行双功能两段保护,具有动作灵敏、可靠,性能稳定耐久,整定一次后可连续运行数万个小时以上,保持性能数据基本不变。同时具有不受电站水头的高低,流量的大小,以及管道型式长短等条件所限,一般有压管道都能应用。

权利要求书

1: 水电站输水压力管道上使用的电站压力管道爆破保护系统,该系统共有五个部分,它们是U2W液压式差动保护装置(1),测流翼(V1、V
2: 7、9),滤波稳压器(1
3: 16、19、22),导管自动阀(8),测流翼变速管(27),其特征是: A:所述U2W液压式差动保护装置(1)是由两组对称相同的W形差压平衡管(W1、W2),和一组水银接点U形管(25),通过两个对称的均压平衡管P1、P2、11、24)而将这三组管连通在一个平面板体上; B:所述测流翼(V1、V2,7、9)是两个相同的机翼式完全流线体形,翼身的前边缘迎水面中心位置,有一排动压孔(K1)并平行统一进入一个心孔后引出,在翼身的两个侧面园弧中心位置各有一排静压孔(KO)并平行统一进入另一个心孔后而引出,整翼身与水流方向构成了120°倾斜角; C:所述滤波稳压器(13、16、19、22)在结构上完全相同,都是在一个园形活塞体内,装有一个螺旋式管道的机心,该机心前端设有过滤孔; D:所述导管自动阀(8)是在一个平板式阀体内,装有两个相同的差压针塞阀,该阀活塞下面积大于上面积并有两个液压串通孔通过活塞,在其上面装有压力弹簧; E:所述测流翼变速管(27)是一个进口大出口小的变径园管,其进口前面装有倾斜式的排污栅。 2、根据权利要求1所述的系统,其特征是保护装置(1)的两组差压平衡管(W1、W2)和一组水银接点U形管(25)这三组管内都装有HgO高度线(26)的纯质水银。 3、根据要求1所述的系统,其特征是测流翼(7)经导管 (2、3)、滤波稳压器(13、19)、控制针阀(12、20)交错地与差压平衡管(W1、W2)相接通,测流翼(9)经导管自动阀(8)、导管(
4: 5)、滤波稳压器(16、22)、控制针阀(1
5: 23)交错地与差压平衡管(W1、W2)相接通。
6: 19、22),导管自动阀(8),测流翼变速管(27),其特征是: A:所述U2W液压式差动保护装置(1)是由两组对称相同的W形差压平衡管(W1、W2),和一组水银接点U形管(25),通过两个对称的均压平衡管P1、P2、11、24)而将这三组管连通在一个平面板体上; B:所述测流翼(V1、V2,7、9)是两个相同的机翼式完全流线体形,翼身的前边缘迎水面中心位置,有一排动压孔(K1)并平行统一进入一个心孔后引出,在翼身的两个侧面园弧中心位置各有一排静压孔(KO)并平行统一进入另一个心孔后而引出,整翼身与水流方向构成了120°倾斜角; C:所述滤波稳压器(13、16、19、22)在结构上完全相同,都是在一个园形活塞体内,装有一个螺旋式管道的机心,该机心前端设有过滤孔; D:所述导管自动阀(8)是在一个平板式阀体内,装有两个相同的差压针塞阀,该阀活塞下面积大于上面积并有两个液压串通孔通过活塞,在其上面装有压力弹簧; E:所述测流翼变速管(27)是一个进口大出口小的变径园管,其进口前面装有倾斜式的排污栅。 2、根据权利要求1所述的系统,其特征是保护装置(1)的两组差压平衡管(W1、W2)和一组水银接点U形管(25)这三组管内都装有HgO高度线(26)的纯质水银。 3、根据要求1所述的系统,其特征是测流翼(7)经导管 (2、3)、滤波稳压器(13、19)、控制针阀(12、20)交错地与差压平衡管(W1、W2)相接通,测流翼(9)经导管自动阀(8)、导管(4、5)、滤波稳压器(16、22)、控制针阀(15、23)交错地与差压平衡管(W1、W2)相接通。
7: 9),滤波稳压器(13、16、19、22),导管自动阀(8),测流翼变速管(27),其特征是: A:所述U2W液压式差动保护装置(1)是由两组对称相同的W形差压平衡管(W1、W2),和一组水银接点U形管(25),通过两个对称的均压平衡管P1、P2、11、24)而将这三组管连通在一个平面板体上; B:所述测流翼(V1、V2,7、9)是两个相同的机翼式完全流线体形,翼身的前边缘迎水面中心位置,有一排动压孔(K1)并平行统一进入一个心孔后引出,在翼身的两个侧面园弧中心位置各有一排静压孔(KO)并平行统一进入另一个心孔后而引出,整翼身与水流方向构成了120°倾斜角; C:所述滤波稳压器(13、16、19、22)在结构上完全相同,都是在一个园形活塞体内,装有一个螺旋式管道的机心,该机心前端设有过滤孔; D:所述导管自动阀(8)是在一个平板式阀体内,装有两个相同的差压针塞阀,该阀活塞下面积大于上面积并有两个液压串通孔通过活塞,在其上面装有压力弹簧; E:所述测流翼变速管(27)是一个进口大出口小的变径园管,其进口前面装有倾斜式的排污栅。 2、根据权利要求1所述的系统,其特征是保护装置(1)的两组差压平衡管(W1、W2)和一组水银接点U形管(25)这三组管内都装有HgO高度线(26)的纯质水银。 3、根据要求1所述的系统,其特征是测流翼(7)经导管 (2、3)、滤波稳压器(13、19)、控制针阀(12、20)交错地与差压平衡管(W1、W2)相接通,测流翼(9)经导管自动阀(8)、导管(4、5)、滤波稳压器(16、22)、控制针阀(15、23)交错地与差压平衡管(W1、W2)相接通。

说明书


本发明涉及水电站输水压力管道上使用的,防护电站枢纽整体性的一种自动保护系统。

    水电站输水压力管道上使用的爆破保护技术,目前在国内、国外,尚未有公开见到较为先进的或实用的,镜泊湖水电站建厂时曾引进日本生产的两套重锤挡板式过流量爆破保护装置,该保护原理结构是机械式的,主要是由水中挡板受流速通过时而产生作用力,该力经机械式杠杆而传到平衡锤上,平时重锤力大于挡板力因而保持稳定不动状态,当产生过大流速时,挡板作用力随之加大并经杠杆同时传给重锤,当该力克服重锤力失去平衡后便跳开挂钩而发出关门信号,这种型式的保护,其保护功能很低,爆破量最小动作值为钢管引用流量的140%,即高达61.51立米/秒,这样大的爆破水量其破坏力和损失后果是相当巨大的,非常不理想的,尤其是该保护运行工作性能不够稳定安全可靠,时常出现误动发信号和拒动失灵等根本性问题,因而无法实现正常安全运行和达到保护电站的根本目的。

    本发明的目的是要提供一种改进的新的技术方案,即电站压力管道爆破保护系统,它不但能有效地在保护功能精度上较原有技术提高十几倍,而且在运行使用性能上也具备了高度地灵敏准确性、安全可靠性、稳定耐久性、同时具有广泛地适应性,它不受水头的高低、流量的大小、以及管道结构方式等条件所限,一般有压管道都能使用,使电站安全生产技术上得到有效地改善和提高。

    本发明地具体内容由以下几方面结合附图详细说明。

    图1是根据本发明提出的电站压力管道爆破保护系统的总体结构剖面图及其工作原理图,该保护系统总体上是由U2W液压式差动保护装置(1),测流翼V1、V2(7、9),滤波稳压器(13、16、19、22),导管自动阀(8),并根据管道条件的需要加装配备测流翼变速管(27)等组成,依据图1及各分部结构图具体说明如下。

    U2W液压式差动保护装置的工作原理图(1),该装置是保护系统的主要核心部件,它的主要功能有两个方面,第一在管道正常状态下,其中包括管道充水后备用、开停机过程中、机组空载满载运行、大幅度变动负荷、以及甩负荷等各种条件下均能保持安全稳定、正常可靠地运行,使来自压力管道中两端测流翼V1、V2的流速差压源直接地反应转变成为等压平衡条件,所以装置能有效地实现安全、稳定、可靠地运行,第二个功能,当压力管道一旦发生爆破事故时,其中包括停机备用、开、停机过程中、以及载负荷各种运行条件下均能灵敏、准确、可靠地发出紧急关门信号,本保护装置的原理结构由图1的(1)U2W液压式差动保护装置工作原理图给出,该装置是由两个完全对称地差压平衡管(W1、W2)和一个水银接点U形管(25)所组成的水银工作装置,在该装置W1、W2的管口上设有差压平衡联通阀(14、21),差压平衡管各自中间的均压平衡管P1、P2(11、24),这两个管平时内压力是等压的,并直接地与正中的水银接点U形管装置(25)联通在一起,水银接点装置左侧管上部设有针杆式电源接点(17),针杆直接伸入水银液面内,U形管右侧上部设有针杆可调式双功能水银接点(18),第一功能为轻度爆破量长针杆接点,第二功能为重度爆破量短针杆接点,该管内还设有停机零点保护接点(28),并经自控中断接点(29)而工作,保护装置W1、W2的4个管口上,设有控制用针阀(12、15、20、23),以及滤波稳压器(13、16、19、22)。保护装置内水银液面线(26)是静态下的液面高度线HgO,均压平衡管P1、P2与水银接点U形管装置(25)内的水银液面以上,均以绝缘油充满管内,保护装置的工作信号源,即压力管道的流量流速差压信号源,是分别来自测流翼V1、V2(7、9)的动压KH1、静压KH2,经小导管(2、3、4、5)而引进装置工作的,其中两根小导管(4、5)须经导管自动阀(8)的控制而通过。

    图2是U2W液压式差动保护装置结构总剖面图,该装置在一块无色透明地有机玻璃板(17)上,设有对称的W1、W2两组差压平衡管(11、12、13、14),该差压平衡管上部4个进口处,设有控制用针阀(16)和滤波稳压器(18)、W1、W2两组差压平衡管的水平正中液面以上部分为均压平衡管P1、P2(20),并直接地与水银接点装置U形管(10)连通在一起,W1、W2两组差压平衡管4个管口针阀(16)的上部,设有两根联通管(19),该管与两个排气针阀(15)相联通,并分别由4个联通平衡阀(1、2、5、6)直接控制,在W1、W2、4根立管液面上,设有浮动式针塞阀(9),该阀平时无作用,当小导管意外破断时能自动关闭防止水银外流,在保护装置正中,设有电源端子(3),该电源针杆接点直接伸入水银液面内,该位置同时设有针杆可调式双功能水银接点(4),第一功能为轻度爆破量接点(8),第二功能为重度爆破量接点(7),该管内还有停机零点保护接点(21),在差压平衡管W2的中部设有自控中断接点(22),保护装置的W1、W2、U,3组工作管内均装有Hg0高度的纯质水银,均压平衡管P1、P2和U形管的水银液面以上,均以绝缘油充满管内,其余管内水银液面以上,均与测流翼(7、9)引来的压力水或液压油相联通。

    测流翼V1、V2图1的(7、9),它是该保护系统的关键部件,V1、V2两个部件,在原理结构尺形上是完全相同的,装于管道中45°角的位置,它采用机翼式完全流线体型,其主要功能除将流量流速精确地反应转变成为差压工作信号源外,还有自行排污的功能,对防止水草、泥砂、枝叶等杂物的堵塞是完全有效的,能正常可靠地运行,该测流翼的整个翼身与水流构成120°倾斜角,在翼身上共设有三排小孔,一排设在翼面前边缘的迎水面正中位置,该孔称为动压孔K1,统一进入一个心孔后而引出,另两排孔设在翼的两个平面元弧中心位置,它与水流构成90°角,该两排孔称静压孔K0,统一进入另一个心孔后而引出,该测流翼的出口根部,各装有两个手动阀门,分别与四根小导管相连通接在一起,它的使用性能工作特性曲线由图6具体给出,图中明显看出,孔口与水流角度关系,角度为0°时测得系数值K最大,90°时最小。

    滤波稳压器图3是它的结构装配图,该稳压器是保护装置的重要部件,其主要功能是,可使测流翼V1、V2流量源引来的不规则冲击波差压信号,经滤波稳压器律定后使其达到平稳、精确、有规律地正常工作,稳压效果达95%以上,滤波稳压器的结构是由稳压器机壳(1),螺旋式管道机心(2),压帽(3),防堵塞过虑孔(4)等组成。

    导管自动阀图4是它的结构装配图,该阀主要功能是,它能随从被保护段的压力管道充水有压时自动打开使保护投入运行,当压力管道闸门(6)关闭后,它能同时自动关闭使保护切除运行,同时还能使测流翼(9)的小导管(4、5)管内的液压体存留管内,保持达到开、停自如不需要由人来频繁地操作,该自动阀结构,由小导管活节帽(1),阀体(2),油水分界面(3),该分界面以上为防冻的液压油或航空液压油,(此油可根据环境温度如长年在5℃以上时,可不用油直接使压力水充入)以下为压力水,压力弹簧(4),液压串通孔(5),差压针塞阀(6),来自测流翼导管(7)等组成,来自测流翼的KH1为动压水头、KH2为静压水头。

    测流翼变速管,图7是它的结构装配位置图,该管主要功能是增大测流翼处局部过水断面的相应流速,以解决压力管道首端和尾端V1、V2两处过水断面不同而产生的流速差,通过变速后使V1、V2两处的流量、流速条件达到相同一致,一般情况下都是首端断面大于尾端断面的,所以该变速管应装在首端断面V1处,如果两个断面完全相同则不需装设此管,该管结构主要由斜式排污栅(1),测流翼(2),变速管(3)等组成,变速管D1、D2断面之比应与压力管道首端、尾端的断面之比完全相同,然后经律定试验修整后,使测流翼V1、V2两处的流速液压达到完全平衡一致。

    本发明的基本工作原理,完全排除了机械式、电气式传统的转换工作方式,采用了液压力平衡原理,通过特制的U2W液压式差动保护装置,将管道中流速差压源信号直接地反应转变成为保护工作信号,它不但结构简单、性能可靠、而且动作灵敏度也是较高的,依据图1电站压力管道爆破保护系统图及其分布结构图具体说明如下。根据压力管道正常运行时的特点(以被保护段首端、尾端V1、V2两处过水断面相同为例),其流量、流速、及其流速水头的变化,两处都是同步相等的,但其中液压源信号中存在一个变量不等的条件,这就是管道损失水头,该水头随着流量流速的加大,V1、V2两处的损失水头差也随从加大,即V2处包含着V1的损失水头,所以是重叠的V2损失水头是大于V1损失水头的,这一不平衡条件通过U2W液压式差动保护装置的转变处置后,使V1、V2两处流速差压源信号完全达到了等压平衡条件,从图1的(1)保护系统及其工作原理图中明显看出,保护装置上来自测流翼V1、V2的4根导管(2、3、4、5)是以相互交错的结构方式联接在装置上,即W1的两根管1根来自测流翼V1的动压孔K1经导管(2)传入,另一根来自测流翼V2的静压孔K0经导管(5)传入,W2的两根管1根来自测流翼V2的动压孔K1经导管(4)传入,另1根来自测流翼V1的静压孔K0经导管(3)传入,保护装置(1)的导管相互交错联接后,由于压力的传导基本上是静压性质的,所以它不受导管长短的影响,使W1、W2两组差压平衡管内各自都含有V1、V2两处的高、低损失水头以及各自的流速动压水头KH1液压值与流速静压水头KH2液压值,合成后的W1总差压Hg1+Hg2虽然大于W2的总差压,但合成后的综合平均压力P1确等于P2,即两个均压平衡管的压力P1=P2,该保护装置经工作转变的结果由下列合成转变分解式给出:

    因为W1= ((H-H1+V1的KH1)+(H-H2+V2的KH2))/2 =P1

    W2= ((H-H2+V2的KH1)+(H-H1+V1的KH2))/2 =P2

    所以P1=P2。因此差动保护水银接点U形管(25)的两侧水银液面,亦是等压平衡稳定不变的,这种平衡条件构成以后,压力管道在正常工况下,无论怎样变换流量、改变机组的负荷,其中包括瞬间甩掉全部负荷,该保护系统均能使管道中的流速差压源信号,经测流翼V1、V2,导管(2、3、4、5),导管自动阀(8)滤波稳压器(13、16、19、22),进入保护装置(1)合成后直接地转变成为等压平衡条件,其水银接点U形管(25)的两侧液面,受滤波稳压器的作用始终保持平衡不变。

    上述合成转变分解式中,H为管道静水头,H1为管道测流翼V1处的运行损失水头,H2为管道测流翼V2处的运行损失水头,该水头同时含有H1的重叠损失水头,VI的KH1为测流翼V1的流速动压水头,VI的KH2为测流翼V1的流速静压水头,V2的KH1为测流翼V2的流速动压水头,V2的KH2为测流翼V2的流速静压水头,其中H、H1、H2分别存在于测流翼V1、V2的动、静压KH1、KH2之中。

    当压力管道一旦发生爆破事故时,其明显特征是,压力管道首端V1处的流量、流速必然增大,因而与管道尾端V2处的流量流速失去了同步平衡的条件,此时测流翼V1的流速动压水头KH1必然同时升高,流速静压水头KH2必然降低,经导管(2、3),和滤波稳压器(13、19),立即同时传导给保护装置的W1、W2内,使W1的均压平衡管P1液压值升高,W2的均压平衡管P2液压值降低,构成了P1大于P2的不平衡条件,因而立即推动水银接点U形管(25)的右侧液面向上升起,直到导通水银接点(18)发出紧急关闭压力管道上的快速闸门(6),使爆破水量立即停止。该爆破保护因为是双功能的,当发生一般轻度爆破事故时,其第一功能轻度爆破量接点立即接通直接发出紧急关门信号,当发生严重爆破事故时,其第一、第二功能轻重度两个保护接点,立即先后共同发出紧急关门信号,上述保护功能均是在各种运行状态下所具备的,当压力管道处于充水备用流量流速均等于零点条件下,一旦发生爆破事故时,其流量流速立即反应在测流翼(7),使动压水头KH1增高静压水头KH2降低,经导管(2、3)和滤波稳压器(13、19),及针阀(12、20)而进入差压平衡管(W1、W2)内,使均压平衡管P1值增高,P2值降低,失去了等压平衡条件并立即推动U形管(25)的液面上升,直至导通零点保护接点(28)经自控中断接点(29)而发出紧急关门信号,在管道正常投入运行超过8%的流量后,W2管上的自控中断接点(29)的液面立即下降中断接点,使零点保护脱离运行。

    本发明的主要技术性能特点有以下几个方面。

    1、本保护系统原理结构独特简单,它采用了直接地最基本的压力管道中流速液压力平衡的原理结构方式而工作,所以具有高度地灵敏精确性和安全可靠性,该保护设有轻、重度爆破量双功能可调节的保护功能信号,第一段保护功能的动作精度为,压力管道开口流量3.4%和其引用流量的10.84%,第二段保护功能的动作精度为压力管道开口流量5.5%及引用流量的17.5%,该保护同时具有停机充水备用状态下的零点保护功能。

    2、本保护系统在使用性能上,由于没有复杂地易损易变易动的部件,在正常运行中P1、P2的液压始终是等压平衡的,水银接点U形管的液面也是稳定不动的,所以该保护具有独特地稳定性、耐久性、可靠性,经调试整定一次后可连续运行工作五万个小时以上,保持性能数据基本不变。

    3、本保护系统在使用性能上,具有不受电站工作水头的高、低和其引用流量的大、小,管道结构型式和长短,以及电站损失水头的变化大小等不同技术条件所限,一般有压管道都能应用。

    4、本保护系统在运行工作中,具有本能地经常显示运行工况的明显标志,不需切除和脱离保护,也不需停机和专门测试,在运行中随时都可直观地从U形管图1的25两侧水银液面的工作状态上精确显示出保护工作情况的正常与否,以防止隐形缺陷的产生和扩展。

    5、本保护系统在保护动作灵敏性能上,具有随同机组负荷流量的加大而相应增高的特点,从无负荷到最大负荷其灵敏度增值可高达五倍左右。

    6、保护系统的U2W液压式差动保护装置技术性能数据和其运行技术指标分别由表1表2具体给出。

    图5是保护系统的工作特性曲线图,它清楚地表明了该保护系统在正常运行情况下及爆破事故情况下的工作特性,经差压平衡管W1、W2合成后的均压平衡管P1、P2,在管道流量从最小到最大的正常运行变化过程中,P1、P2两条曲线是同步的等压重合的,它与管道运行总损失水头H2的关系非常明显地看出,H2是一条由小变大地不等差压曲线,而P1、P2两条曲线始终是等压同步变化重合的随同流量的增大而向下弯曲,当管道发生轻度爆破量事故时,P1液压立即升到P1-1的曲线上,与P2形成了差压失去了平衡,当管道发生重度爆破量时,P1液压线立即上升到P1-2的的曲线上,与P2形成了差压失去了平衡,爆破量越大,P1液压线上升到P1-2的液压线也越高。

    7、适用保护的管道型式、规范、和种类,对于长度在650米以下的压力钢管,钢筋水泥管等不同的各种型式管道,如单管式、一个主管下设分支多管式、明管式、暗管式等都能使用,对于管道超过长度的及分支多管道型式的,均可采用分段多级方式保护。

    8、适用工作水头:最高限于250米及以下各种水头均都适用。

    9、工作电源电压:单相直流或交流110伏。

    10、环境温度、湿度允许值:室内温度5~65℃,室外温度-45~65℃,室内相对允许湿度95%以下。

    本发明的主要优点及其效果有以下几个方面。

    1、本保护系统因为完全排除了机械式、电气式等复杂的原理结构工作方式,采用了简单地、直接地、最基本地液压力平衡原理结构的工作方式,所以不但原理结构独特简单,同时在保护功能上具有零点和运行三段保护,可有效地提高其保护功能范围与其保护动作的可靠性,在保护工作性能上同时具有高度地稳定耐久性和安全可靠性,经调试整定一次后可连续运行工作五万个小时以上,保持性能数据基本不变,给现代化水电站在整体性保护上,提供了可靠的技术条件。

    2、本保护系统在使用性能上,具有不受电站工作水头的高、低,管道引用流量的大、小,管道的长短结构的型式,和其损失水头的大、小变化等条件所限,该保护都能在正常、稳定、可靠的基础上广泛地得到应用。

    3、本保护系统在运行工作中,具有本能地经常地显示保护系统运行工况正常与否的明显标志,它不需切除和脱离保护,也不需停机和专门测试,在正常运行中随时都可直观地从水银接点U形管的两侧水银液面上看得很清楚是否平衡稳定不变,以防止隐形缺陷的产生和扩展。

    本发明的全套保护结构由以下的实施例及其附图给出。

    图1是根据本发明提出的电站压力管道爆破保护系统的总体结构剖面图及其工作原理图,结合图1详细说明本发明的结构细节及其工作情况。

    该保护系统是由两个在管道中的测流翼V1、V2(7、9),和一个导管自动阀(8),通过四根小导管(2、3、4、5)分别经过四个滤波稳压器(13、16、19、22)和四个控制用针阀(12、15、20、23)而连通在U2W液压式差动保护装置(1)上,以及根据压力管道在V1、V2两处的过水断面不相同时在V1处配套加装的测流翼变速管(见图7)等而组成整套的保护系统,下面具体说明各部结构的细节及其工作情况。

    测流翼V1、V2,(7、9),这两个部件分别装在压力管道中的首端和尾端与管道中心线成45°角的位置,两个部件在原理结构形状尺寸上是完全相同的,该测流翼采用机翼式完全流线体型,其翼身迎水面与水流方向成120°倾斜角,所以它除将流量、流速精确地反应转变成为差压工作信号源外,还有自行排污的功能,对防止水草、泥砂、枝叶等杂物的堵塞是完全有效的,该翼身共有三排测流小孔,一排是在翼身的迎水面正中与水流方向成0°角的位置,该孔称为动压孔K1,每个孔口均以水流平行的0°角度统一进入一个心孔后而引出,另两排测流小孔是在翼身两个平面的园弧正中与水流方向成90°角的位置,该孔称为静压孔K0,每个孔口均平行统一进入另一个心孔而引出,在两个心孔出口处各装一个手动阀门与导管直接连通。

    测流翼变速管,图7是它的安装位置剖面图,其结构由倾斜式排污栅(1),测流翼(2),变速管(3),V1处的压力管道(4),该变速管的D1、D2两个断面之比主要取决于压力管道的首端、尾端V1、V2两处的过水断面之比,并经律定修正后达到同步流速(两处差压平衡条件)条件,如压力管道的两个过水断面完全相同时则不须使用此管。

    滤波稳压器,图3是它的结构剖面图,该稳压器主要由稳压器机壳(1),螺旋式稳压器机心(2),压帽(3),防堵塞过滤孔(4)等组成,左端装在保护装置(1)上,右端与导管连接。

    导管自动阀,图4是它的结构剖面图,该阀由导管活节帽(1),伐体(2),油水分界面(3),压力弹簧(4),液压串通孔(5),差压针塞阀(6),来自测流翼导管(7)等组成,KH1为动压水头,KH2为静压水头。

    U2W液压式差动保护装置(1),图2是该装置的结构装配剖面图,该装置是由一块无色透明的有机玻璃板(17)加工组装而成的,依据图1(1)工作原理图,本装置上设有W型的两组对称地差压平衡管W1、W2(11、12、13、14),在其正中有一组水银接点U形管(10),U形管的上口左右由均压平衡管P1、P2将W1、W2的两侧四根立管(20)的上口连通在一起,在W1、W2的四根立管(11、12、13、14)的顶部有两根连通横管(19)和两个排气针阀(15)相连通,并由四个连通平衡针阀(1、2、5、6)直接控制,在W1,W2四根立管(11、12、13、14)的进口处,分别有一个控制针阀(16)和一个滤波稳压器(18),在装置中部上方左侧有电源接点端子(3),其接点针杆直接伸入水银液面内,在其右侧装有针杆可调式双功能水银接点(4),其长接点(8)为第一段保护信号,短接点(7)为第二段保护信号,该接点管内还设有零点保护接点(21),在差压平衡管W2的管内,设有自控中断接点(22),在差压平衡管W1、W2和U型管(10)之内,均装有Hg0高度的水银液面,其中W1、W2的四根立管(11、12、13、14)内水银液面上,装有浮动式针塞阀(9),该阀平时随同液面浮动无任何作用,当小导管发生意外破断时,由于导管失压该侧液面立即推动针塞伐(9)同时上升将顶口关闭,使水银完全封闭在保护装置内,在水银接点U形管(10)和均压平衡管P1、P2的水银液面以上部分,均为绝缘油(变压器油)充满管内并将气体完全排净。

    下面依据图1系统说明本保护系统第一次手动投入和以后的自动切除与自动投入运行工作情况,以及压力管道发生爆破事故时的工作情况,以压力管道V1、V2两处的过水断面相同为例,保护系统进行手动投入前应将测流翼V1、V2(7、9)和保护装置(1)本体上所有阀门全部关闭。压力管道充满水压后首先打开测流翼V1、V2(7、9)出口的两个阀门,此时V1处的动压、静压压力水立即充满导管(2、3)内,V2处的动压、静压压力水立即充进导管自动阀(8)的差压针塞阀下部被隔离,然后打开保护装置(1)上的所有连通平衡阀门(14、21),接着打开W1、W2的所有控制阀门(12、15、20、23),此时W1、W2立即由导管(2、3)充进水压,该水压同时经过连通平衡阀(14、21)而向导管(4、5)内反充(两导管4、5提前已充满防冻液压油或压力水)水压,使导管自动阀(8)的差压针塞阀受全压后自行打开和V2连通,与此同时保护装置(1)已构成全压状态,检查差压平衡管W1、W2的水银液面以上有无气泡,并将排除(少量打开图2中的两个排气阀15即可排除),此时差压平衡管W1、W2和水银接点U形管的水银液面,都应是稳定平衡的,最后将W1、W2的所有连通平衡阀(14、21)全部关闭投上工作电源后,该保护系统便正式投入了运行,由于该保护在原理结构方式上,构成了管道V1处流量、流速相同于管道V2处的流量、流速,以及由于直接来自测流翼V1、V2的差压源工作信号,经保护装置的差压平衡管W1、W2转换平衡后,使均压平衡管的P1等于P2,两个压力值完全相等,因而构成了水银接点U形管的水银液面亦是等压平衡的,所以在压力管道正常运行情况下,其流量由无到有、由小到大,无论怎样变化,其中包括瞬间甩掉大负荷水压突然急速上升的变化条件,其测流翼V1、V2两处的流量流速是同步相应地随着变化,因而V1、V2两个流速差压源工作信号,经导管(2、3、4、5)和滤波稳压器(13、15、19、22)律定以后,虽然导管(2、3)与导管(4、5)在长度距离上相差很大,但这种差压信号的传导基本上是静压性质的,而且这四根导管与保护装置W1、W2在连通上,采用了相互交错的连通方式,因而能有效地实现差压信号传导上的同步性,该差压源信号进入差压平衡管W1、W2后经水银的平衡随即转换到均压平衡管P1、P2,使P1、P2的液压值始终处于等压、平衡、同步变化的条件,所以水银接点U形管(25)的水银液面高度线Hg0,亦始终处于稳定、平衡、不变的状态,当压力管道一旦发生爆破事故时,其爆破流量必然导致V1处的流量、流速增大,因而使测流翼V1的动压水头KH1相应增高,经导管(2)和滤波稳压器(13)而进入差压平衡管W1,与此同时测流翼V1的静压水头KH2也相应地降低,经导管(3)和滤波稳压器(19)而进入差压平衡管W2,此时W1、W2转换后,使均压平衡P1的液压值明显地大于P2的液压值,所以最后导致水银接点U形管(25)的水银液面失去了平衡,左侧液面下降右侧液面上升,直到接通水银接点(18)的针杆触头发出紧急关闭压力管道上的快速闸门(6)消除爆破水量为止。

    当管道充满水压处于备用状态一旦发生爆破事故时,爆破水量立即反应到测流翼V1(7)处,使动压水头KH1增高,静压水头KH2降低,并同时经导管(2、3)和滤波稳压器(13、19)及针阀(12、20)而进入差压平衡管W1、W2内,平衡后使均压平衡管P1值增高,P2值降低,失去了等压平衡条件,立即推动U形管(25)的液面上升,直至导通零点保护接点(28)经自控中断接点(29)而发出紧急关门信号,在管道正常投入运行超过8%的流量后,W2的水银液面立即下降,使自控中断接点(29)自行断开,零点保护便脱离了运行。

    保护系统经第一次手动操作方式投入运行后,对以后的切除和投入运行工作,完全可由自动方式进行,保护系统自动切除运行是这样实现的,当压力管道停止运行后但管道中仍处于全水压情况下,该保护系统此时亦仍在运行保护状态中,当压力管道上的闸门(6)关闭以后,形成了闸门前、后水压中断时,使管道中的全水压瞬间下降(减掉闸门前水压),但管道中仍处于满水状态,与此同时,导管自动阀(8)图4是它的结构剖面图,由于水压下降该阀中的差压针塞阀(6)下室作用力亦同时相应降低,而被压力弹簧(4)同时向下推动将针阀关闭,使V2差压源立即与导管(4、5)中断,在此同时V1差压源亦随同闸门(6)的关闭而立即中断,至此保护系统完全自行切除了运行。当压力管道再次通水开启闸门充满水压时,来自V1的导管(2、3)亦同时充满水压,经保护装置W1、W2立即将压力传导给导管(4、5)中,导管自动阀(8)受全水压后(见图4)水压经差压针塞阀的串通孔(5)而进入活塞下室,产生反作用力并克服了弹簧(4)的压力而将差压针塞阀(6)顶启打开,使V2的差压源立即与导管(4、5)连通,保护系统随即完全投入了运行。

    

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本发明是水电站输水压力管道上使用的电站压力管道爆破保护系统。该系统通过测流翼、滤波稳压器和U2W液压式差动保护装置等将液压源信号直接地反应转变成为保护工作信号,它设有零点保护和运行双功能两段保护,具有动作灵敏、可靠,性能稳定耐久,整定一次后可连续运行数万个小时以上,保持性能数据基本不变。同时具有不受电站水头的高低,流量的大小,以及管道型式长短等条件所限,一般有压管道都能应用。。

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