ZFL(D)标准型液压柜说明书_力源液压机使用说明书

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SWT-2000水轮机调速系统 ZFL/D型单调节液压装置 技术说明书及用户手册

（V2.0）

国网电力科学研究院

南京南瑞集团公司水利水电技术分公司

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ZFL/D型水轮机调速器单调节液压装置技术使用说明书

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目录

一、概述.............................................................2

二、系统组成........................................................4

三、主要技术参数及性能指标.....................................4

四、工作原理说明...................................................5

五、操作说明......................................................10

六、安装与调整...................................................12

七、典型故障说明.................................................13

八、原理说明附图.................................................14

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一、概述

ZFL系列液压调节柜型号的含义：

ZFL100/XD：单调节型S：双调节型主配压阀直径（mm)L：立式主配布置W：卧式主配布置

ZFL/D型调速器液压控制柜是一种基于全液控自复中式主配压阀为核心的电液控制系统，它是一种具有开创性全新概念的调速器液压装置。其结构简单，操作安全、方便、可靠，与电气控制柜相配套，主要用于大中型混流式水轮机的自动调节与控制，除了常规的伺服阀控制功能外，它还具有容错控制功能。该液压柜设计的主导思想是全面提高调速系统的可靠性和速动性，适应电站无人值班和少人值守的要求。与老式调速器液压柜相比，它有如下特性（外观照片见下页）： 

采用了德国BOSCH比例伺服阀作为电液转换元件。

伺服比例阀的功能是把输入的电气控制信号转换成相应输出的流量控制，该伺服阀的阀芯装备了位置控制传感器反馈，可将反馈信号引入电路形成闭环控制，因此控制精度很高，阀的滞环和不重复性均很小。在电磁铁断电时，阀具有“故障保险”位置，保证失电时阀芯回复到中位。该阀的最大特点是电磁操作力大，为环喷式和双锥式电液伺服阀电磁操作力的5倍以上。它结合了伺服阀和比例阀的优点，既有伺机服阀的高精度高响应性又有比例阀的出力大、耐污染能力及防卡能力强等高可靠性，因此是普通电液伺服阀所无法比拟的。 导叶和容错控制采用了进口高速数字脉冲阀作为开关控制。

该阀平时运行时作为手动控制，当比例伺服阀故障时，则切换到容错控制，由电气柜输出高速脉宽信号进行调节，仍可维持装置自动运行。 采用了全液控自复式主配压阀作为控制核心。

主配压阀的控制信号为流量输入，由电液伺服比例阀直接控制，取消了常

自复中式主配第 2 页

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规的调节杠杆、明管、引导阀、辅助拉力器及机械反馈传动机构，大大简化了系统的结构，提高了系统的可靠性和维护方便性。另外主配压阀自身具有自动回复中位的特点，其自复中机构简单可靠，无需调整机械零位。

 电气控制回路上，引入了与伺服比例阀相配套的BOSCH进口功率放大板，同时引入了伺服比例阀芯反馈和主配压阀芯反馈，自行设计了多级闭环放大电路，充分提高了整个系统的稳定性、精确性、速动性等指标。同时由于伺服比例阀直接控制到主配压阀，所以整个系统频响特性好，响应速度较快。

 所有液压件都设计安装在液压集成块上，液压件之间的联接由集成块内部的油道完成，全部取消明管，从而可大大提高操作油压力。

 完全改变主配压阀的系统结构，取消了调节杠杆、明管、引导阀、机械开限机构、辅助接力器及反馈传动机构，大大简化系统结构，提高了系统的可靠性，实现了无渗漏。

 主配压阀控制信号改为液压流量输入，由电液伺服比例阀直接控制。主配压阀为一级流量放大。

 主配压阀自身具有自动回复中位的特点，其自复机构简单可靠，不存在零点漂移现象，无需调整机械零位。

 真正实现了液压系统的全集成化、高可靠性。

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二、系统组成本系统的组成包括：电液伺服比例阀V6、主配压阀V1、容错及手动控制阀V4、紧急停机阀V7、切换油路用阀V2及V5、手动调节速度用的单向节流叠加阀V3及节流阀V9、双切换滤油器及其上的测量滤芯内外压力的压力表和差压发讯器、控制油总阀V8等。（参见第八章附图2）。

主配压阀组成包括：阀体、阀套、阀芯、上下两端复位弹簧及定位件、阀芯位移传感器及拒动发讯器、开关机时间调节螺母等。主配压阀套为三段式结构，有利于加工及保证轴向搭叠量。（参见第八章附图1）。

三、主要技术参数及性能指标

3-1． 主要技术参数

1.额定工作压力：

2.5MPa~10Mpa 2.主配压阀直径：

80mm~250mm 3.主配压阀最大行程：

±15mm 4.控制腔活塞直径：

65mm 5.控制阀组公称通径：

DN6 6.滤油器过流（单个）：

190L/min 7.滤

芯

精

度：

10~25um 8.电磁铁工作电压：

24VDC或220VDC 9.滤芯最大耐压差：

0.5Mpa 10.差压发讯器发讯压差：

0.25 Mpa 3-2． 主要性能指标

1、主接力器的全关和全开时间在2～50秒范围内可调（根据机组参数）。

2、手动工况下，油压在3～7MPa范围内变动时,主接力器位移不大于全行程的0.3%。

3、手动工况下，主接力器的时间漂移为：10分钟内位移不大于全行程的0.3%。

4、与电柜配合时，静特性指标满足：

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（1）转速死区：ix≤0.02%(bp=6%)（2）非线性:q≤2.5%

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（3）主接力器甩25%负荷时的不动时间性Tq≤0.15秒。3-3．主要工艺特点

 采用液压反馈技术，液压柜具有很高的响应速度和自平衡能力；  使用由高分子复合材料作滤材的油处理系统，保证先导控制油的高品质；

 采用符合国际标准DIN24340连接尺寸的通用液压件；  液压柜无泄漏设计；

 液压集成块采用化学镀镍的处理方法；

 主要零部件采用38CrMoAlA及长时间低温渗氮冰冻处理工艺等，配合精度好，硬度高，耐磨性好，尺寸热稳定性好。

四、工作原理说明

1.系统调节原理框图

见图1（下页），自动控制回路包括两种方式，正常情况下通路为：电气控制柜输出控制信号（连续电压）—伺服阀功放—伺服比例阀—切换阀—主配—接力器，该控制的稳定性和精度靠三个闭环反馈来实现：伺服阀位移反馈、主配压阀位移反馈、主接力器位移反馈。异常情况下（在伺服阀发生故障时），装置自动切除伺服阀控制，并切换到容错控制阀组，其通路为：电气控制柜输出控制信号（断续脉冲）—容错控制阀组—切换阀—主配—接力器。此时仍能维持接力器自动闭环控制，但精度有所降低。

紧急停机操作是通过操作紧急停机阀完成，其直接控制主配压阀完成关方向动作。

手动控制通路为：手动控制开关（断续脉冲）—容错控制阀组—切换阀—主配—接力器。通过主配压阀自动复中和模拟式导叶开度传感器来保证接力器稳定在某个位置。

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手动及容错阀手动控制切换阀模拟传感器图1：系统调节原理框图

2.伺服比例阀简介

伺服比例阀的功能是把输入的电气控制信号转换成输出的流量控制，所谓调速系统处于伺服运行工况，即是指伺服比例阀在运行的情况下，其阀芯装备了位置控制传感器，使得滞环和不重复性均很小。在电磁铁断电时，阀具有“故障保险”位置，即第四位置。（4/4伺服比例阀）

图2：伺服比例阀阀位机图

型

号：0811404036

阀位机能图：见上图2

技术指标：

 公称流量（阀口压降Δp=35bar时）40L/min  最高工作压力 315bar  泄漏（100bar时）

1.1L/min  安装尺寸

NG6（ISO4401） 电磁铁电流

max.2.7A  线圈电阻

2.5~2.8Ω  功率消耗

max.25VA 第 6 页

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 位移传感器

DC/DC技术  滞环

100Hz  温度漂移

该阀的最大特点是电磁操作力大，为环喷式和双锥式电液伺服阀电操作力的5倍以上。它结合了伺服阀和比例阀的优点，既有伺机服阀的高精度高响应性又有比例阀的出力大，耐污染能力及防卡能力强等高可靠性，因此是普通电液伺服阀所无法比拟的。

3.紧急停机阀及切换阀

紧急停机操作既可以与电柜或监控系统配合，实行远方控制，也可以操作机柜上的控制把手来现地控制。动作时，紧急停机阀关闭导叶，切换阀则切除伺服阀回路，确保可靠停机。另外，该阀都采用了双电磁铁线圈控制，阀自带定位功能，动作时线圈只短时间通电，这样即延长了线圈的寿命，又保证了阀芯动作的可靠性。

4.双联可切换滤油器

油质处理采用了双联可切换滤油器（如下图），它有两只滤芯，总容量为2×190L/min，过滤精度10μm，在滤芯的前后级各有一压力表，用它可直接读出滤芯前后的压力差，另外，还加装了一只压差发讯器，当滤芯前后压差达到0.35MPa，发讯器就点亮机柜面板上的指示灯报警，提示更换正在使用的这只

滤芯。更换是时，只要把双切换手柄拔向另一只滤芯，即可在机组正常运转的 情况下更换脏滤芯。滤油器在切换过程中，输出油流不会中断。

因为本滤油器滤芯的安装方式是由下至上压紧，且过滤油流的方向是从外向内，故在更换滤芯的过程中不会带进新的污染，另外，因滤芯是由各种有机、无机高分子材料复合而成，它既不会象纸质滤芯那样掉毛，亦不会象粉末冶金滤芯那样脱粉，总之，它自身不生污染。

Qin控 制 油Qout图3：双切换滤油器

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图五-9NARI

ZFL/D型水轮机调速器单调节液压装置技术使用说明书 5.系统工作原理 5-1技术方案

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根据我们在水轮机调速器方面十多年的设计制造经验，我们在原理设计、产品设计和工艺要求方面提出了如下方案：

 采用频响特性好，有抗油污能力，输出功率大的电液伺服比例阀做电液转换器。

 主配压阀输入控制信号由传统的机械位移改为流量。其上下端的二个控制口直接与电液伺服比例阀输出口连接。

 主配压阀芯上下二腔为主控制腔，分别与主接力器关闭腔或开启腔相连接。阀芯中间腔为主配压阀操作油输入腔（也是控制油取油口），与压油装置出口管相连接。 主配阀上下二端安置有自动复位弹簧及定位部件。此设计保证当控制油恢复（零位）时，主配压阀芯能自动恢复中位（零点）位置。 主配压阀上端中心位置装有两个调节螺母，可分别调整接力器关闭时间及开启时间。  主配压阀上端装有阀芯位移传感器及拒动发讯器。

液压系统设计了容错控制环节。当电液伺服比例阀退出工作时，脉冲控制阀投入工作，继续维持“自动运行”状态，实现容错控制功能。 所有电磁液压部件和其它液压部件相互之间联接由液压集成块完成。

5-2 控制原理

目前“电调”电液随动系统，绝大部分采用机械位移输出型电液转换器。这主要是因为主配压阀仍然是机械位移输入型的，当系统采用液压流量型电液伺服阀时，系统中要增加一中间接力器（起流量积分作用）把电液伺服阀的输出流量信号转变为中间接力器的输出位移量，再作用到主配压阀的引导阀上。为使控制过程能恢复到平衡位置（零点）必须在中间接力器上装一只传感器，将其位置信号反馈到电气信号综合放大环节。主接力器上有一个电气信号反馈环节。因此，形成了电液伺服阀与中间接力器之间，中间接力器与主接力器之间两个随动系统，不但系统复杂、可靠性差，而且实践证明其动态性能也差。

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我们新研制的ZFL/D系列调速器克服了上述缺点，详细的方案见附图。

附图1：ZFL/D系列全液控自复式主配压阀结构图。图中所示为系统处于平衡状态时全液控自复式主配压阀（以下简称：主配）的平衡位置（即中位或零位）。P腔为操作压力油进油腔；A、B腔分别为主接力器关闭腔或开启腔的二个控制腔；T腔为回油腔；C、D腔分别为使阀芯上下运动的二个液控腔；Q1、Q2控制油路把伺服比例阀的二个控制口分别与“主配”液控腔C、D联接起来。

当系统处于平衡状态，即“主配”阀芯处于“零位”（中间位置）时，主油腔P、T、A、B之间皆不通，不向主接力器配油，主接力器位置不动。当电气信号使电液伺服阀的压力腔P与“主配”液控腔Q2相通时（同时电液伺服阀的回油腔T也与“主配”液控腔Q1相通），“主配”阀芯在D腔油压作用下压缩下弹簧向下移动，促使“主配”A腔与进油腔P相通，B腔与回油腔T相通，于是“主配”通过A腔向主接力器关闭腔配油，而主接力器开启腔的油通过B腔回油到回油箱。结果，主接力器就向关闭方向移动。此时接力器位移传感器向电气综合放大环节送出一个负反馈信号，电液伺服阀于是回复“中位”，“主配”液控腔Q1、Q2不与伺服比例阀的P或T联通，因此“主配”C与D腔之间无压力差，“主配”阀芯在下端弹簧的作用下向上移动，直至定位件被下端主阀套定位端面阻挡为止，“主配”回复到中间位置即“零位”。此时，“主配”停止向主接力器配油，主接力器停止移动。

当电气信号使伺服比例阀压力腔P与“主配”液控腔Q1相通，回油腔T与“主配”液控腔Q2相通时，“主配”阀芯运动过程及主接力器移动过程与上述情况相反。

“主配”上端中心装有二个调节螺母，用来分别限制主配操作油开口大小，从而限制操作油的流量，达到调节主接力器开关时间的目的。

附图2 ZFL/D（单调节）系列液控系统原理图，具有如下功能：  容错控制：当伺服比例阀V6退出运行时，系统用V5切断V6油路，用V2投入脉冲控制阀V4，由V4承担自动控制“主配”及主接力器的功能。当电柜退出控制，用机柜面板上的手动钮控制阀V5、V2及V4，即实第 9 页

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现了“手动控制”功能，其时的油路工作原理与“容错控制”时完全一样，只是人工面板控制手动钮取代了电柜自动控制。 紧急停机：当出现机组事故紧急停机信号时，系统将V7投入，向“主配”Q2供油，Q1回油，同时，用V5切断V6（伺服控制）油路，用V2切除V4（容错或手动控制）油路，“主配”以最大开口向主接力器关闭侧供油，导叶紧急关闭，机组停机。

五、操作说明

1、机械外罩正面元件布置说明（示例）

图4 机械外罩正面元件布置

1．各运行指示灯表示的状态及含义(1)“操作电源”：

操作回路的DC24V、DC220V电源监视电源，正常时常亮，若灯不亮，则表示DC24V、DC220V操作电源至少一个消失，此时手自动切换及手动增减均不能进行，需紧急处理，检查DC24V、DC220V操作电源。如果只是DC24V消失外部紧急停机失效，可以操作面板紧急停机按钮操作急停。

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ZFL/D型水轮机调速器单调节液压装置技术使用说明书(2)“导叶功放”：

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灯常亮时表示导叶功放模件工作正常，灯灭时表示功放保护动作，可能是传感器，伺服阀反馈断线以及伺服阀过流所引起，需作紧急处理。若恢复正常需将功放模件电源断开再合上，可将调速器切至手动方式，操作柜内开关FU1进行，再将调速器切至自动方式。(3)“导叶手动”：

当导叶控制手自动把手位于手动时，该灯被点亮，切换回自动方式时灯灭。(4)锁锭拔出，锁锭投入

当锁锭拔出和投入时分别被点亮，用于监视锁锭的状态，当锁锭投入灯亮时，不允许进行手动操作导叶接力器，否则会造成锁锭损坏。(5)“油滤堵塞”

当滤油器前后的压差达到一定数值时，该灯被点亮，压差可通过波油器前后的压力表观察到，当发生堵塞时，应及时进行滤油器切换或更换工作部分滤油器滤芯。

(6)“紧急停机”：

当紧急停机操作执行时灯亮并自保持，此时须再执行复归才可使灯灭。紧急停机灯点亮表示调速器进入紧急停机状态，其他操作都被禁止。

5-2 液控柜操作说明 5-2-1．导叶控制部分的操作：(1)自动运行：

表示导叶不运行在手动控制方式，此时手动增减操作闭锁，紧急停机可以操作。在手动控制方式运行时可以操作切自动把手切换至自动控制方式运行。(2)手动运行：

操作导叶控制手动把手，此时导叶手动灯亮，然后再操作增减把手即可手动控制导叶接力器的位置。5-2-2．紧急停机的操作

若机组出现过速等机械或电气事故需紧急停机时，应向液压柜下发紧急停机令（脉冲令脉宽大于2S），也可以手动操作面板急停按钮，调速器直接将导叶接第 11 页

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力器关到全关，实现紧急停机。此状态一直保持，直到急停复归令下发或手动操作复归按钮方可解除急停状态。

六、安装与调整

6-1．机柜的安装

本机械柜是分解成两大部件运输的，它们是：主配压阀及控制集成块部分一箱，机壳一箱。

现场安装时，方法如下：

先将主配压阀部分吊装至基础板上（基础板事先校平），其中滤油器所在的一边为正后边，让小基板上的四个安装孔与基础板上的螺孔分别对齐，用汽油清洗小基板上的四个安装孔，和四只安装螺栓，然后，拧紧四只螺栓，接着，再往小基板上的四个安装孔内填满703硅胶。（这主要是防止接油盆内有油通过该孔往下渗漏）。

最后将机壳罩上，电线插头互连，即可。6-2．开关机时间整定

参见图5，开关机时间整定可以通过调整开侧调节镙母和关侧调节镙母来实现，当关侧调节镙母靠近调节支架时，关闭时间变长，反之则时间变短。同理，若整定开启时间，当开侧调节镙母靠近调节支架时，开启时间变长，反之则时间变短。开关机时间整定可以通过手动来操作，利用秒表来记时。整定好后可以将开关侧调节镙母固定。

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主配传感器关侧调节螺母调节支架开侧调节螺母

图5：开关机时间、主配传感器调整示意图

6-3．主配传感器调整

参见上图5，一般主配位移传感器在拆卸、更换以及零点偏移时需要重新调整零位，该调整对于调速器的自动运行非常重要，方法如下：

1． 将导叶液压控制部分切换到手动状态，操作增减把手，使接力器保持在中间某位置不动。

2． 测量传感器的供电电源（+15V及-15V），电源应保持对称且不低于±14V。

若供电电源为+12V，则不应低于+11V。

3． 测量传感器的反馈电压，如偏离零伏电压，则慢慢调整传感器的铁芯，使反馈电压接近零伏，然后用内六角扳手调整传感器侧面的镙母进行微调，直到零伏电压。

七、典型故障说明

7-1．导叶液压故障

现象：电柜报导叶液压故障，伺服阀自动调节失灵，只能脉冲控制。处理方法：

（1）首先检查BOSCH功放板显示是否正常（正常只有一个绿灯亮），24V、±15V电源，伺服反馈等是否正常，然后检查主配反馈是否在中位，电柜输出板开关电压是否正常，排除以上电气故障后，再进行液压系统部分检查。

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（2）检查自动状态下各电磁阀位置是否正确，参见附图2：液压系统原理图。主要检查手自动切换阀V3D是否在自动位。

（3）若液压部分有卡涩，则需对液压部件进行清洗。

伺服阀清洗：取下电磁阀线圈及反馈接线，旋下4个固定螺丝，拧开一边阀盖（与线圈一边相反），小心取出阀芯，用干净汽油清洗阀芯和阀块。

手自动切换阀清洗：摘下电磁阀线圈接线，旋下4个固定螺丝，拧开一边阀盖，小心取出阀芯，用干净汽油清洗阀芯和阀块。

集成块清洗（有必要时）： 旋下集成块上所有的阀及工艺堵头及组合垫圈，用干净汽油或煤油冲洗集成块上所有的孔，同时用手电照射检查所有内孔，看孔中是否有铁屑及毛边，如有毛边或铁屑就用铜条将其去除，然后再用干净的油冲洗，再用干净的高压空气冲射每只孔，最后将各工艺堵头及组合垫付垫圈旋上并将所有阀件就位即可。（注意：各工艺堵头上的组合垫圈及集成块顶面上的“O”型密封圈及阀件安装面上的“0”型密封圈在安装时要小心不可漏花）。7-2．“油滤堵塞”灯亮 处理方法：

（1）检查滤油器前后压力表的压差，及时进行滤油器切换或更换工作部分滤油器滤芯。滤芯更换方法如下：参见附图1，先将需要更换的滤芯切换到备用，然后用扳手扳住滤油器底部的镙丝，慢慢将滤油器旋下，取出滤芯，检查滤芯内杂质和积水情况。

（2）检查压差发讯器动作是否正常，压差整定值一般为0.25MPa。

八、原理说明附图

8-1．附图

1．附图1：主配压阀装配图 2．附图2：液压系统原理图

3． 附图3：机械柜基础架示意图

4．附图4：机械柜外型尺寸图 5．机械柜现场布置图

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附图1：主配压阀装配图

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附图2：液压系统原理图

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附图3：机械柜基础架示意图

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附图4：机械柜外型尺寸图

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附图5：机械柜现场布置图

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