白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动方式探讨

伍志军，杨洪涛

（1.中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙 410014；2.湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北罗田 438600）

白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动方式探讨

伍志军1，杨洪涛2

（1.中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南 长沙 410014；2.湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北罗田 438600）

白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动时，上水库蓄水位远低于进出水口顶面高程，不具备水轮机工况调试条件。为此，经多次论证，其首台机采用泵工况在异常低扬程下进行首次起动，在泵工况调试完成后，再进行水轮机工况的调试和工况转换调试，第一次成功实现了国内抽水蓄能电站真正意义上的首台机首次泵工况起动。

白莲河；抽水蓄能；水泵水轮机；泵工况，首次起动

0 概述

白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县白莲河乡境内，电站装设4台单机容量为300MW的单级混流可逆式水泵水轮电动发电机组，平均年发电量9.67亿kW·h，年抽水耗用低谷电量12.89亿kW·h，属日调节纯抽水蓄能电站。电站以一回500kV出线接入黄冈变，在华中电网中承担调峰、填谷、调频、调相、事故备用及黑起动的任务。

电站枢纽建筑物由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站、中控楼、副厂房等建筑物组成。上水库没有天然地表径流补给，为日调节水库。下水库利用20世纪60年代初建成的白莲河大型水库，属多年调节水库。输水系统和尾水系统均采用一洞两机布置方式。电站的水能参数如下：

1 首台机首次起动方式

纯抽水蓄能电站上水库大多为人工成库，集雨面积很小，没有天然地表径流补给。受自然条件、施工工期等因素影响，首台机首次起动时，上水库一般不具备较大的蓄水量。考虑上库的蓄水时间以及机组发电进度的要求，抽水蓄能电站首台机首次起动方式主要有以下三种：

方式一：利用外加充水泵向上库充水，充水至上库死水位以上，蓄水量以满足首台机首次按照水轮机工况起动并完成全部调试项目的需要，然后机组以水泵工况起动，向上库充水；

方式二：利用外加充水泵向上库充水，蓄水量仅满足首台机首次按照水轮机工况起动并完成必要的空载调试项目的需要，然后机组以水泵工况起动，向上库充水，再交替进行水泵抽水工况调试和水轮发电机工况调试；

方式三：利用外加充水泵向引水钢管充水，充水至满足机组水泵工况异常低扬程起动的水位（一般充水至上水库进出水口底板高程），机组按照水泵工况方式起动调试，并以水泵工况向上库充水，再交替进行水泵抽水工况调试和水轮发电机工况调试。

其中，方式一和方式二的蓄水量为死库容与调试水量之和，方式三仅需蓄水至首台机引水系统进水口底板高程。

2 三种起动方式分析

上述三种充水方式中，方式一最为安全，水轮机工况调试负荷逐级增加，对机组振动、压力脉动、轴承负荷、温升等有一个逐步加大的、可调整的逐步考验过程。但是，此起动方式因需上库蓄水量太大、蓄水历时太长、前期投入大而不易实现，除非是上库本身具有天然径流或上库施工进度领先于机电设备安装进度。

方式二采用水轮机工况首次起动，但对上库要求的蓄水量相对较小，仅需满足机组初期以发电工况完成最基本的调试试验所需的水量即可，对工程进展比较有利，是稳妥而实用的首台机首次起动方式；但主机设备承担的风险相对较大。该方式也是国内上库无天然径流的已投运抽水蓄能电站主要采用的首台机首次起动方式。本电站上库死库容733万m3，引水系统充水量约20万m3，为保证首台机组在死水位以上连续运行5h并考虑一定裕度所需的调试水量约315万m3，蓄水期间（15个月）75%保证率下的径流量145万m3，水量损失约104万m3，抽水总量约1027万m3，相应上库水位为293.50m。按抽水时间15个月计算，需选用7台（其中2台备用）扬程290m，流量200m3/h的充水泵，相应总投资约1600万元。

方式三较多应用于上库放空检修后对上水库进行充水，机组以泵工况运行极限低扬程至最低扬程之间，会有较大的振动和压力脉动，但因历时较短，振动和压力脉动虽然有可能会超过正常运行允许范围，仍是可以接受的。由于上库放空检修前机组已经正常商业运行一段时间，本身的各项技术指标和稳定性指标已经过调试试验、各种运行工况和工况转换试验的实际考验，机组调试和运行时所发现的缺陷已经得到妥善处理，故采用此种起动方式技术上是可行的。广蓄和天荒坪电站上水库放空检查后就是采用这种方式。但对于新建电站首台机首次起动，在国内已投运或在建的几个抽水蓄能电站中尚无应用实例，国外也很少应用，需进行相关的技术论证。

3 起动方式确定

白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动方式，在预可行性研究阶段和可行性研究阶段推荐采用小水泵充水至进水口底板高程，使水泵初始扬程达到80%～90%最低扬程，然后利用水泵工况首次抽水方式；主机合同也规定首台机首次起动方式采用水泵工况起动，并在模型试验中予以验证，主机厂家也提供了水泵水轮机首次泵工况起动充水程序。

水泵水轮机模型验收试验结果显示，在导叶开度达到13.5°至18°之间可满足水泵165.00m低扬程充水起动的入力和压力脉动要求。其中水泵工况在超低扬程起动时导叶与转轮之间压力脉动值为17.8%，小于合同要求25%，其它部位的压力脉动均小于3%，满足合同要求，不会由此产生水力振动问题；同时，针对导叶开度为18°进行水泵异常低扬程运行的试验，起动静扬程为160.00m，实际运行扬程为164.54m，相应的原型流量约为155.58m3/s，电网频率50Hz时的入力为302.5MW，最大入力为305.7MW，满足机组合同对水泵正常运行范围内入力的要求，模型试验确认在此条件下运行不发生有害振动和空化破坏。但因压力脉动真机和模型是不相似的，有可能真机在异常低扬程下运行的稳定性情况会变得恶劣。除此之外，机组在异常低扬程下以水泵工况起动对机组振动、动平衡、轴承负荷、温升等也将是直接的接近正常运行最大值的考验。

主机厂家提供的水泵水轮机首次泵工况起动充水程序为：首先利用下库对引水系统进行平压充水至下库水位高程，然后利用小水泵充水至上库进出水口底板高程271.0m即进行水轮机空载调试，运行约9min，引水钢管中的水位下降至256.0m，无异常后即可进行泵工况起动，此时泵的扬程为极限低扬程165.0m。

在电站建设过程中，项目业主也多次组织相关专题研究论证，并委托武汉大学水利水电学院对机组首次水泵起动特殊过渡过程进行计算机数值模拟计算。计算结果表明，首次水泵起动特殊过渡过程各种工况调保参数均满足要求，且有较大裕度。最后，综合考虑施工进度和技术及经济风险后，决定采用泵工况首次起动。

4 泵工况首次起动及机组调试过程

白莲河抽水蓄能电站泵工况首次起动及机组调试过程主要分为：

（1）首台机引水系统充水至上库进出水口底板高程271.0m。此时，上库天然蓄水已至约高程275.0m，上库进/出水口为岸塔式(侧式)结构，进/出水口底板高程为271.00m，进水口前池底坎最高处高程为283.0m，受前池底坎阻挡，上库蓄水不能自流入进出水口，需临时设置低扬程大流量的排水泵，将上库蓄水抽至首台机引水压力钢管。

（2）首次水轮机工况滑动试验。2009年3月10日，首次手动开机，调速器切电气手动，慢慢开启导叶至2%，机组开始转动，并保持机组转速在5%额定转速左右，转动约5min，检查主轴密封水压、流量正常，机组声音正常，机械部分无明显摩擦与碰撞。

（3）2009年5月21日至8月5日，依次主要进行了转轮室充气压水试验、SFC分步与自动开停机试验、电制动及动平衡试验、手动及自动准同期并网试验、水泵调相工况瓦温稳定试验及保护极性校验。

（4）8月6日成功完成水泵调相工况转水泵工况试验，净扬程约185.5m（正常扬程范围：191m～222.7m），机组有功约308MW。

（5）8月7日，机组抽水试验，同时进行泵工况瓦温稳定试验及保护校验。水泵工况异常低扬程起动，上库水位为281.5m，蓄水量约220万m3，下库水位为96.19m，导叶开度为34%，水泵流量134m3/s，电动机吸收功率304.6MW，稳定运行约3h 15min，推力轴承瓦温稳定，最高74.17℃，定子绕组最高温度为84℃；停机过程中模拟机械故障停机试验；上库蓄水至284.7m。8月8日，机组泵工况运行约1h 30min，停机过程中进行电气故障停机试验，上库蓄水至286.05m，蓄水量约435万m3。

（6）8月9日至18日，主要进行了水泵工况正常扬程抽水及热稳定试验、水泵工况突然断电试验（紧急按钮停机）、电气事故（低功率保护动作停机）、机械事故（调速器低油位停机）和正常停机试验。至此，水泵工况调试基本完成。

（7）8月18日，上库水位蓄水接近296.0m，开始水轮机工况起动调试，在机组发电工况调试期间，结合水泵工况运行给上库充水，其间上库水位最高达到约304.0m。

（8）在完成发电工况试验后，9月13日至17日，进行工况转换试验。

（9）在完成机组整组起动调试工作和消缺处理后，机组于2009年10月23日0：00进入30天试运行。在30天试运行期间，累计购网电量2359.5万kW·h，上网电量1460.7万kW·h，累计发电运行时间60h4min，抽水运行时间76h24min。发电工况起动23次，成功23次；水泵工况起动21次，成功21次，起动成功率均为100%，均满足设计和规范要求。

5 结语

GB/T18482-2001《可逆式抽水蓄能机组起动试验规程》和DL/T5208-2005《抽水蓄能电站设计导则》均推荐先完成水轮机工况起动试验后，方可进行首次水泵工况起动。但在上水库未提前充(蓄)水的情况下，允许机组以水泵工况起动。白莲河抽水蓄能电站在死库容较大、上库基本无径流的条件下，经过参建各方的努力，通过科学缜密的论证和精心细致的组织，成功地实现了首台机首次泵工况起动，既节约了投资，又缩短了工期，为我国抽水蓄能电站建设提供了首台机首次泵工况起动的成功经验。

TV743

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1672-5387（2010）04-0013-03

2010-04-20

伍志军（1978-），男，工程师，从事水力机械设计。