洪屏抽水蓄能电站首台机组抽水特性研究

2016-11-23散齐国周东岳

水力发电 2016年8期

关键词：蜗壳球阀导叶

邓磊，散齐国，周东岳，吕滔

(1.国网新源控股有限公司技术中心，北京100161；2.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

洪屏抽水蓄能电站首台机组抽水特性研究

邓磊1，散齐国2，周东岳1，吕滔1

(1.国网新源控股有限公司技术中心，北京100161；2.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

对江西洪屏抽水蓄能电站首台机组抽水特性进行了研究，包括溅水功率、首次抽水、水泵断电、水泵事故停机、水泵正常停机、抽水转抽水调相等，提出了保障抽水蓄能机组水泵调试安全的策略。

调相压水系统；溅水功率；首次泵水；水泵断电；抽水转抽水调相；洪屏抽水蓄能电站

1 工程概况

江西洪屏抽水蓄能电站位于江西省靖安县境内，安装有4台单机容量为300 MW的混流可逆式水泵水轮机—发电电动机组，上库水位范围733～716 m；下库水位范围181～163 m；水轮机方向额定出力306 MW，额定水头540 m，额定流量62.5 m3/s，最大净水头564 m，最小净水头520 m；水泵最大扬程577 m，流量45 m3/s，水泵最小扬程539 m，流量53 m3/s；额定转速500 r/min；吸出高度-70 m。引水系统采用两洞四机竖井式布置，在竖井中部设置中平段；尾水系统采用两洞四机“一坡到顶”布置。输水道总长约2 621.5 m(沿1号机)，其中引水系统长1 400.7 m，尾水系统长1 220.8 m。

洪屏电站首台机组采用水泵方向启动，上库充水至前池708 m高程，通过机组抽水充蓄上水库。因此首台机组的水泵特性显得尤为重要，本文对首台1号机组抽水特性试验进行了研究，提出了保障调试安全的措施。

2 抽水特性研究

2.1 调相压水特性研究

调相压水系统由压水液控阀、补气电动阀、蜗壳泄压液控阀、蜗壳排气液控阀、转轮排气液控阀和转轮排气电动阀组成。根据经验，为保证设备安全，确立了以下原则：

(1)监控系统与调相压水控制系统之间采用分布式控制方式，避免发生控制冲突。

(2)通过时间控制阀门的开关，避免气混水情况下感水探头误发报警信号。

(3)蜗壳泄压阀与球阀建立联闭锁关系，在球阀关闭工作密封投入的条件下开关蜗壳泄压阀，即抽水调相转抽水时蜗壳泄压阀关闭后才能开启球阀，抽水转抽水调相工况球阀工作密封投入才能开启蜗壳泄压阀。

(4)转轮排气液控阀的开关时机以及开关时间通过溅水功率试验确认，按保证充分排气和避免长时间打闷泵原则确定。

2.2 溅水功率特性研究

为保证设备安全，按球阀不开启和球阀开启进行两次溅水功率试验。

(1)球阀不开启溅水功率试验研究。排气令下后，转轮排气液控阀立即开启持续40 s。球阀不开启条件下机组溅水功率稳定在约-50 MW，无叶区压力(转轮与导叶间压力)约为5.75 MPa，如图1所示。

图1 球阀不开启溅水功率试验曲线

(2)球阀开启溅水功率试验研究。排气令下后，转轮排气液控阀立即开启持续40 s。球阀不开启条件下机组溅水功率稳定在约-53 MW，无叶区压力(转轮与导叶间压力)约为5.75 MPa，如图2所示。从图2可以看出，球阀开启与球阀不开启相比机组溅水功率略有增大，但增幅不大，无叶区压力变化不大。

图2 球阀开启溅水功率试验曲线

(3)确定抽水调相转抽水工况条件。根据两次溅水功率试验成果，确定抽水调相转抽水工况点为机组功率小于-48 MW或者无叶区压力大于5.65 MPa，在球阀开度大于50%以及排气回水完成的条件下开启导叶向上库抽水。

2.3 首次泵水及抽水特性研究

上库水位710.4 m，下库水位169.9 m条件下，进行首次泵水试验。为确保安全，泵水试验前进行了球阀和导叶开关试验。

(1)球阀开关试验，确认球阀正常开启，正常关闭，机械事故紧急关闭、电气事故紧急关闭功能正常。

(2)导叶开关试验，确认导叶正常开启、正常关闭，机械事故紧急关闭和电气事故紧急关闭功能正常；同时进行了监控和调速器抽水调相转抽水工况的模拟试验，确保工况转换时导叶开关规律以及不同事故下的导叶关闭规律满足过渡过程设计要求。

(3)首次泵水试验。分析首次泵水试验发现，机组打闷泵时间持续约28 s，球阀50%开度节点时球阀开度约65%，说明信号到的较晚，实际球阀开启令下至球阀阀体开启时间约10 s，至50%球阀开度约需42 s，因此须进一步优化排气程序。调整球阀50%开度节点在约51%左右动作，排气令下后转轮排气阀延时16 s开启，延长机组在一级溅水功率(-20 MW左右)时间，保证球阀能开启50%开度以上，持续开启时间由40 s调整为35 s，缩短在溅水功率(-53 MW左右)时间，以缩短打闷泵时间。

(4)正常抽水试验。根据首次泵水试验及多次抽水试验结果优化流程后，确认转轮排气液控阀延时14s开启，持续开启时间32 s，机组溅水功率试验时间从28 s缩短为16 s左右，该16 s内转轮排气液控阀处于开启状态，打闷泵对机组影响也较小，球阀达到50%开度与转轮排气回水时间基本一致，优化流程及时间配合取得较为明显的成果。

2.4 水泵事故停机特性研究

在上库水位712.3 m，下库水位169.4 m条件下进行了水泵机械事故停机试验，通过监控控制面板事故停机按钮触发机组事故停机，当发生事故停机或者紧急事故停机时，执行的是先减负荷再分发电机出口断路器GCB的策略，水机回路中分开GCB的时间点选择在抽水分GCB开度(约20%)，因此水泵机械事故停机时，导叶开度约17.2%GCB分开，此时功率约-135 MW。

2.5 水泵断电特性研究

在上库水位712.9 m，下库水位169.4 m条件下进行了水泵断电试验，尾水管进口最小压力0.149 MPa，最大压力1.565 MPa，球阀后蜗壳最大压力6.376 MPa，最小4.421 MPa，机组转速12s内从水泵方向顺时针500 r/min降为25 r/min后，13 s从25 r/min上升为水轮机方向逆时针505 r/min。导叶关闭时间约37 s，水泵断电试验曲线如图3所示。

图3 水泵断电试验曲线

2.6 水泵正常停机特性研究

在上库水位712.3 m，下库水位169.4 m条件下进行机组正常停机试验，机组正常停机流程是先关导叶再关球阀，发电机出口断路器GCB分开的条件是机组吸收功率小于90 MW或者导叶开度达到水泵方向开度(整定值为3%)，实际GCB分开时吸收功率约80 MW。机组正常停机时选择分开GCB策略优先为功率，备用分开GCB策略为水泵方向开度，这样即使功率反馈异常，也有备用硬回路分开发电机出口断路器GCB。

2.7 抽水转抽水调相特性研究

在上库水位717.9 m，下库水位169.7 m条件下进行抽水转抽水调相试验，机组正常关闭导叶，再压水。注意事项是防止蜗壳泄压阀在上库压力下启闭且蜗壳泄压阀及蜗壳泄压管路的选型能承受上库压力，因此球阀和调相压水之间应设置联闭锁，即球阀全关及工作密封投入允许开启蜗壳泄压阀，蜗壳泄压阀关闭后允许球阀退工作密封开启球阀。抽水转抽水调相试验曲线见图4。

图4 抽水转抽水调相试验曲线

3 结语

(1)调相压水蜗壳泄压阀与球阀工作密封投入应设计有硬闭锁，以避免阀门及焊缝长期在高压下启闭，保证阀门和管路安全。转轮排气泄压阀的启闭时机及时间需通过溅水功率试验确定。

(2)溅水功率试验可考虑在球阀不开启和球阀开启的条件下分别进行，这是从安全方面考虑的。球阀不开启溅水功率试验是为了初定调相压水系统各个阀门与溅水功率、无叶区压力之间的关系，球阀开启溅水功率试验是为了与实际一致，既测试监控流程，又测试球阀开启后机组溅水功率是否有变化，转轮排气时间是否有变化，以确定导叶开启的时间节点。

(3)首台机组首次抽水前应做好充分的预案，导叶和球阀各种方式下的开关机规律均应进行实际测定，并与调节保证设计的开关机规律进行比较，确保满足调节保证设计要求。

(4)洪屏抽水蓄能电站水泵断电出现了机组从顺时针100%转速至逆时针100%转速的现象，在国内首次出现这种现象，这对机组强度而言是巨大的考验，从试验结果及停机后检查结果来看，机组一切正常。为做好水泵断电试验，机组首次抽水前应详细了解调节保证设计中关于水泵断电的计算情况，主机厂家和设计院应提交当前扬程下的调节保证计算成果指导现场试验，且试验前需针对此种情况做好安全措施，优化流程设计，确保调速器相关转速接点信号正确，避免高速加闸或者带闸开机的发生。

(5)水泵机械事故停机分发电机出口断路器负荷在135 MW左右，水泵方向考虑功率和水泵分开GCB开度两个点作为分开GCB条件，试验前需对硬回路和监控分开GCB逻辑进行相关联闭锁试验，确保能及时准确分开发电机出口断路器。

(6)水泵正常停机分发电机出口断路器负荷小于30%额定功率，满足相关规范要求。

[1]GB/T 18482—2010 可逆式抽水蓄能机组启动试运行规程[S].

[2]沙滨，和扁，陈顺义，等. 抽水蓄能电站首机首次启动方式研究分析[J]. 水力发电， 2008, 34(10)： 63- 64．

(责任编辑焦雪梅)

Pumping Characteristics Research of First Unit in Hongping Pumped-storage Power Station

DENG Lei1, SAN Qiguo2, ZHOU Dongyue1, LÜ Tao1

(1. Technology Center of State Grid Xinyuan Co., Ltd., Beijing 100161, China;Jiangxi Hongping Pumped Storage Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China)

The pumping characteristics of first unit in Hongping Pumped-storage Power Station are researched, including spinning water power, first pumping, pumping lost power, pumping mechanical emergency shutdown, pump normal stop, and pump operation (PO) to synchronizing condenser pump (SCP). Some safety strategies of pumping commissioning are also put forward to avoid unit damage．

blow-down system; spinning water power; first pumping; pumping lost power PO to SCP; Hongping Pumped-storage Power Station