低周切泵对桐柏公司水轮发电机的影响

孙逊

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

低周切泵对桐柏公司水轮发电机的影响

孙逊

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

由于抽水蓄能电站具有机组启动停机频繁、一机多用、运行工况变换多等特点。在复杂多变的运行工况所引起的水力瞬变过程中，因水流惯性及系统中能量的不平衡，将引起输水系统内水压力及机组转速的剧烈变化，产生压力急剧上升或下降及机组转速急剧加快等现象，危及电站的安全运行，影响机组的寿命。考虑到系统频率下降过快，在必要时候桐柏电站将实行低周切泵。因此，本文对系统的稳定性及危险工况进行预测，分析低周切泵对水轮发电机组的各种影响，并最大程度减少低周切泵对机组寿命的影响。

抽水蓄能机组；低周切泵；运行工况

1 引言

华东桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县栖霞乡百丈村，距天台县城7 km，与杭州、宁波直线距离分别为150 km、94 km。电站装机容量为1 200 MW，安装4台单机容量为300 MW的立轴混流可逆式单级水泵水轮机和发电电动机组。本电站供电范围为华东电网，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。电站建成后，以二回500 kV出线接入华东电网。电站日发电量600万kW·h，年发电量21.18亿kW·h，日抽水用电量797万kW·h，年抽水用电量28.13亿kW·h。

表1.柏电站运行特征工况参数

电站运行特征工况是指：在这些运行工况下，如果发生机组发电增、弃荷或抽水失电等大波动过程，则可能出现输水道内水压力、机组转速、调压室水位等参数的最大、最小控制值。即电站运行特征工况是可能发生电站大波动过渡过程控制工况的运行工况。一般来说，电站运行特征工况是由电站上、下水库最高或最低水位、机组最大流量、最大出力（或入力）、机组最大或最小工作水头（或扬程）等特征参数根据电站实际运行的可能性而组合构成的运行工况。本电站水泵、水轮机运行特征工况参数见表1、表2。

2 低周切泵对机组压力变化的理论分析

抽水蓄能电站具有机组启动停机频繁、一机多用、运行工况变换多等特点。在复杂多变的运行工况所引起的水力瞬变过程中，因水流惯性及系统中能量的不平衡，将引起输水系统内水压力及机组转速的剧烈变化，产生压力急剧上升或下降及机组转速急剧加快，危及电站的安全运行，影响机组的寿命。考虑到系统频率下降过快，在必要时候桐柏电站将实行低周切泵。因此，需对系统的稳定性及危险工况进行预测，最大程度减少低周切泵对机组寿命的影响。

表2.泵计算工况及其说明

图1.柏抽水蓄能电站可逆机组流量特性曲线

导叶关闭规律对引水系统的水锤压强与机组转速上升率的大小影响较大，它决定于调速系统特性，而且在一定范围内是可调的，采用合理的关闭规律降低水锤压强与限制机组转速升高，不需要额外增加电站机组投资，是一种经济有效的措施，对于抽水蓄能电站优化的关机规律应尽可能简单，同时具有较好的鲁棒性，即机组特性、水道特性相差不大时，优化的结果变化也不大，这样优化的机组关闭规律可以当作一种安全储备。由于抽水蓄能机组多为国外进口，加之可逆机组本身过流特性较常规水轮机复杂，导叶关闭规律优化实际上存在一定的不确定性，对于分段折线关闭规律由于优化参数较多影响尤为明显，同时受调速系统本身性能影响，将来接力器行程的折点位置不可能与调保计算结果完全一致，如果折点位置偏差较大，再加上引水系统与机组本身存在的某些不确定的时变因素，都可能使原优化得到的关闭规律偏离优化目标，给电站安全运行带来隐患。桐柏电站可逆机组流量特性曲线、力矩特性曲线见图1、图2.

图2.柏抽水蓄能电站可逆机组力矩特性曲线

图3.柏电站停机导叶关闭规律

原厂设计折线关闭规律如图3所示，其中折点位置位于相对开度65%处，关闭斜率加大为1/8，即快关导叶至65%，然后，以斜率1/30慢关至结束，总有效关闭时间约为22.3 s，较原规律关闭时间增多了约0.3 s，低周切泵需要第一时间跳机组开关，并迅速关闭导叶和主进水阀。桐柏电站机组停机导叶关闭分三段进行，图4中标明从31.2 s导叶开始关闭，到36.5 s导叶开度为57.5，到57.9 s导叶开度降到2.9，最后到60.8 s，导叶全关。导叶关闭整个过程约29.6 s。

图4.叶开关过程

由于系统频率下降，网调需要桐柏抽水机组快速停泵来恢复系统频率。通过两种策略进行切泵。第一种情况单管双机抽水时单台机组断电；第二种情况单管双机抽水时2台机同时断电；无论第一种情况还是第二种情况，一旦需要抽水机组断电，立刻跳机组出口开关，并迅速关闭机组导叶和主进水阀。桐柏电站机组启停由华东电网下令调配，故采取何种方式进行切泵需待网调下令。

国内某重点大学曾针对桐柏机组制造厂家（VATECH）的过渡过程计算工况进行了复核，详细的复核计算结果见表3。对于抽水工况，两家结果相当接近，产生差别的不同就在于对上游侧球阀的过流特性的不同理解，制造厂家和某大学对于球阀的不同处理导致了二者机组转速上升的不同，由此影响了上游侧的压力变化结果的差异。

表3.要工况大波动过渡过程计算成果(水泵断电)

（1）蜗壳进口最大压力比较

某大学计算得到的蜗壳进口最大压力较厂家（VATECH）的计算结果偏大，最大超过了15 m，但所发生的控制工况均相同，计算得到的蜗壳进口最大压力发生在补充工况TA04，为428.5 m，厂家计算得到的蜗壳进口最大压力也发生在补充工况TA04，为413.5 m；二者相差15 m。计算差别主要由于二者的转速变化情况不同，主要系球阀的不同处理方式引起，另外，输水系统管道的划分即计算时步的选择对于桐柏抽水蓄能电站影响也较为显著，桐柏电站水头244 m，水锤类型正好介于首相水锤与极限水锤之间，相对而言，水锤波速的选择就较为重要，其差别直接体现在计算步长的选取上，某大学的计算步长与厂家（VATECH）的计算步长选取与管路划分不可能一致，由此也会产生计算结果上的差别；另外插值方法的不同也会导致计算结果的不同，对于抽水蓄能电站，极值点均出现在特性曲线的倒S型附近，该处数据连续性很差，数据处理上较小的差别，均可能带来计算结果较大的偏差。考虑到这三方面影响，某大学的计算结果与厂家（VATECH）的计算结果出现的偏差还是可以接受的。

（2）尾水管进口最小压力比较

计算得到的尾水管进口最小压力较厂家（VATECH）的计算结果几乎一致，大部分差别在2～3 m之间，很大程度上是由于蜗壳进口压力不同产生的，但均在可接受范围之间，故不需评述。

厂家（VATECH）计算得到的尾水管进口最小压力36.8 m，某大学计算得到的尾水管进口最小压力34.6 m，均有较大的安全裕度，均发生在计算补充工况TA05。

（3）机组转速最大上升值比较

由于球阀的不同处理方式，某大学计算得到的机组转速最大上升值较厂家（VATECH）的计算结果略显偏大，最大差别不到10 r/min，平均差别大约6 r/min左右，某大学与厂家（VATECH）计算得到的机组转速最大上升值均表明：对于桐柏抽水蓄能电站最大转速上升有可能超过45%～50%的调保要求，厂家（VATECH）计算得到的转速最大上升值463.8 r/min，达到54.6%，某大学计算得到的转速最大上升值470.0 r/min，考虑球阀后为465.3 r/min，达到55.1%。需说明的是二者均出现在导叶非正常关闭状态（一关一拒），而实际上由于对于单元控制的接力器，导叶全拒的可能性几乎没有，该最大值出现的概率很小，故对于桐柏抽水蓄能电站最大转速上升可以认为是满足要求。

（4）尾水管进口最大压力比较

尾水管进口最大压力发生在水泵工况，某大学计算得到尾水管进口最大压力与厂家（VATECH）的计算结果相比偏差不大，双方平均偏差2 m左右，属于可接受范围之间。

某大学计算得到的尾水管进口最大压力达到123.0 m，厂家（VATECH）计算得到尾水管进口最大压力达到125.8 m。

（5）复核分析结论

某大学与设备生产厂家（VATECH）分别对桐柏输水系统水力过渡过程进行了计算，所得计算结果基本一致，计算结论相符。某大学与厂家（VATECH）的蜗壳进口最大压力的差值为15 m，相对值为3.27%，在允许误差5%以内。其它如最大转速上升、尾水管进口最小压力等差别均很小，具体数据上的差异均在可接受的范围之内。

通过表3可以看出某大学的计算结果和厂家的模型计算结果在两机抽水全失电的各种情况下蜗壳进口压力和尾水进口压力均未超出设计最大值。

3 结论

从低周切泵的理论分析数据和一管双机水泵断电试验来看，桐柏电站一管双机在水泵断电的特殊工况蜗壳进口压力和尾水进口压力均未超出设计最大值，低周切泵也不会影响机组的正常使用寿命。但一管双机甩负荷属于损害性试验，甩负荷过程中机组整体振动、摆度都超出正常工况下机组振动、摆度值。故在一般情况下电站不首选一管双机甩负荷来满足低周切泵的要求。

TV743

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1672-5387（2017）09-0048-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.018

2017-06-19

孙逊（1982-），男，工程师，从事运维检修工作。