湖北省谷城县南河水电站1#水轮发电机组，容量为8000kW，水轮机调速器为DJT-80型可编程调速器，运行初始阶段性能稳定，各项技术指标均满足GB9652.1-1997《水轮机调速器与油压装置技术条件》要求。后来该调速器在发电机组正常运行时或在热备用状态下，各项性能指标虽未降低，但却发现油压装置压力下降速度很快，压力油泵电机频繁起动，最短为3分钟一次，因此多次造成油泵电机烧毁事故，严重时引起系统低油压事故停机和甩负荷停机，给机组安全运行带来了极大隐患。

一、原因分析

针对上述问题，笔者对整个调速器系统特别是液压操作系统核心部分主配压阀进行了详细的解剖分析，了解到如下情况。

1．由于受传统设计思想的影响和电站整体设计的局限，该调速器主配压阀的设计额定工作压力为2.5MP，阀径为80mm，是一种大直径、低压力、大流量开关方向控制阀，被其控制拖动的水轮机导水叶接力器(油缸)操作功在50000N.M以上。输配油管径为100mm，阀口采用的是环形配油窗口形式，过油面积大，体积亦大，具有大、粗、笨的特点。

2．为提高调速器的灵敏性和水轮机导水叶接力器的速度特性，保证水轮机在大波动调节时能通过最大流量，满足调速器动态频率响应的要求，其活塞阀盘与环形配油窗口采取了小遮程设计。

3．阀体材料采用40铬，活塞材料采用45号钢，材料价格便宜，其结构如图1所示：

图1

该主配压阀具有下述优点：①活塞行程小，配油量大；②轴向尺寸减小，加工工艺相对简单，成本降低；③油口遮程小，动态响应快，调节精度高。但由于该主配压阀处于低压力、大流量，形态大粗笨，使得壳体与活塞阀盘的摩擦力增大，随着运行时间的增长，活塞阀盘与壳体配合间隙加大，活塞阀盘凸尖与壳体配油窗口的小遮程，易使活塞在运动中阀盘尖与环形配油窗口发生碰撞，使阀盘尖角R变大，封油性能变坏。这是导致该阀的压力油液的泄漏量加大、引起供油系统油泵电机频繁起动，甚至烧毁油泵电机，导致发电机组低油压事故停机和甩负荷停机的原因。

二、改进措施

针对上述分析，笔者提出了如下设计修改，如图2所示：

一是修改几何尺寸：①加大活塞阀盘与壳体环形配油窗口遮程，将原单边遮程增加2倍；②减小活塞阀盘与壳体的配合间隙，将原径向单边间隙减小1/2；③加宽活塞阀盘阀导向宽度，以增加活塞运动导向面和与壳体的配合面，避免盘尖角与配油窗口台肩的碰撞。

二是选择新型材料和进行热处理：①将活塞材料由原45号钢改为38CrMOALA合金钢。②热处理由原表面高频淬火改为表面离子氮化，将表面硬度从HRC45提高到HRC50-55。

三、改造后的效果

通过上述设计改进，经现场使用，前述问题得到了彻底解决。水轮机调速器系统在名义工作油压变化值±10范围内，储油泵起动间隔时间由改造前的每3分钟一次延长到30分钟一次，效果明显。通过2年运行，各项性能指标均符合《水轮机调速器与油压装置技术条件》要求。现场测试的技术指标如下：

整机耗油量：①热备用状态2.3L/min(设计标准为3～5L/min)；②稳定运行状态1.0L/min(设计标准为3L/min)。

整机静特性：转速死区ix=0.036