抽水蓄能电站尾闸与主阀的闭锁逻辑探讨

孔令杰

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡453636）

1 抽水蓄能电站机组主进水阀、尾水事故闸门的典型配置

抽水蓄能电站的流道设计通常采用单元机组配置一套主进水阀门（主阀）和一套尾水事故闸门（尾闸），见图1 。因抽水蓄能电站水头通常较高，在蜗壳进口端配置主进水阀门成为机组设计的主流，与导叶配合完成机组水流的开启与安全关断。尾水事故闸门同时作为事故闸门与检修闸门使用，在事故（主要为单元机组管路漏水）时快速截断下游水流，在机组检修时阻断下游水源，为尾水管检修提供无水的安全作业环境。

图1 抽水蓄能机组主进水阀门与尾水事故闸门的典型布置示意图

机组备用及调相工况下，主进水阀保持关闭状态；机组发电或抽水运行时，主进水阀打开。

机组备用及运行期间，机组尾水事故闸门全开；机组检修或与尾水管相连的水管路系统发生故障时，尾水事故闸门关闭。

2 抽水蓄能电站机组尾水事故闸门闭锁主进水阀的逻辑要求

根据机组运行的安全要求，机组发电或抽水运行时，主进水阀和尾水事故闸门均应保持全开状态。尾水事故闸门全开时，主进水阀才能开启；主进水阀全关时，尾水事故闸门才能关闭。

因此，要求尾水事故闸门非全开信号闭锁球阀开启（图2）。为确保可靠，二者之间的闭锁应为硬闭锁。

图2 尾水事故闸门与主进水阀的闭锁逻辑要求

3 国内几家抽水蓄能电站闭锁逻辑初期配置

河南宝泉抽水蓄能电站安装4台300 MW抽水蓄能机组，安装期逻辑设置为：尾水事故闸门锁定投入信号丢失，硬布线直接作用于关闭主进水球阀的油回路电磁阀，关闭球阀（图3）。

图3 河南宝泉抽水蓄能电站安装期闭锁逻辑

华东区域某抽水蓄能电站安装6台300 MW抽水蓄能机组，安装期逻辑设置为尾水事故闸门全开信号硬布线接入主进水球阀开启回路电磁阀，尾水事故闸门全开信号丢失无法开启球阀（图4）。

图4 华东某抽水蓄能电站安装期闭锁逻辑

4 闭锁逻辑配置不完善可能导致的后果

鉴于球阀打开且导叶打开时水流冲击对尾水事故闸门可能导致的严重影响，尾水事故闸门全开（或锁定投入）信号丢失闭锁主进水阀开启、直接作用主进水阀关闭的功能均已实现，即，闭锁保护功能不存在拒动的风险。

同时，由于闭锁保护功能设计、配置的不完善，因信号误动导致的机组甩负荷现象时有发生。抽水蓄能电站工况多变，配置不完善可能造成极其恶劣影响。2011年8月22日，河南宝泉抽水蓄能电站1台机组在调相转抽水工况转换时，转轮室内压缩气体已排出，导叶与球阀开启过程中，由于尾闸锁定投入信号异常丢失，导致球阀开启过程中关闭，机组吸收有功150 MW（即额定功率50%），同时由于机组未到达稳态，低功率保护未动作，且流程限时未到，未能超时自动停机。机组在该状态下振摆加剧，值班员发现后立即执行手动停机操作，避免故障失控。

5 闭锁逻辑配置优化

河南宝泉抽水蓄能电站在故障发生后，为完善配置逻辑，在闭锁逻辑的尾水事故闸门锁定投入信号中并入了各自独立的2副闸门开全信号节点，即：只有当2副闸门全开信号与一副锁定投入信号全部消失时，才作用于直接关闭主进水阀，提高了运行稳定性（图 5）。

图5 河南宝泉抽水蓄能电站更新后的闭锁逻辑

华东某抽水蓄能电站为防止尾水事故闸门全开信号抖动，增加了一个2 s的延时滤波（图6）。

图6 华东某抽水蓄能电站更新后的闭锁逻辑

华中另一座抽水蓄能电站——湖北白莲河抽水蓄能电站安装4台300 MW抽水蓄能机组，与河南宝泉抽水蓄能电站同期建设，其初期配置同河南宝泉抽水蓄能电站异动前。配置优化为：在闭锁逻辑的尾水事故闸门锁定投入信号中并入了闸门上限位置开关信号和闸门模拟量全开信号，即：只有当闸门锁定投入信号、闸门上限位置信号、闸门模拟量全开信号共3个信号全部丢失时，才作用于直接关闭主进水阀（图7）。

图7 湖北白莲河抽水蓄能电站更新后的闭锁逻辑

6 闭锁逻辑配置的持续优化

当前，国内主要由国网新源控股有限公司、南方电网调峰调频发电公司共2家企业管理着大多数的抽水蓄能电站，尤其是国网新源控股有限公司管理着数十家抽水蓄能电站。抽水蓄能电站的集中管理，有利于共用平台、资源共享、技术交流，国网新源控股有限公司向管辖的数十家抽水蓄能电站发出梳理水机保护逻辑和定值通知，并且汇总了现行的各单位逻辑、定值供互相借鉴和参考，进一步修改和完善尾水事故闸门和球阀的闭锁逻辑。