张河湾电站机组调相压水过程详析
2018-12-21谷振富尤莉莎邢京燕
谷振富，尤莉莎，吴 妍，刘 健，邢京燕
（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）
0 前言
张河湾蓄能电站机组有5个稳定运行工况，分别是停机稳态（ST）、发电（G）、抽水（P）、发电调相（SCT）、抽水调相（SCP）。机组从停机到抽水必须经历调相压水这一流程，而发电调相必须经机组发电工况压水后才能满足要求。
1 抽水蓄能机组工况及其转换
作为抽水蓄能机组工况转换过程控制及调相稳定运行中的重要组成部分，调相压水对抽水蓄能机组的安全稳定运行和可靠工况转换有着非常重要的作用。其工作原理是：利用气体的可压缩特性，通过调相压水气罐往机组转轮室内注入大量的压缩空气，当转轮室内的水位被压至转轮本体以下时，通过转轮在空气中旋转来降低机组运行时的阻力。张河湾抽水蓄能机组工况转换中调相压水介入情况如图1所示。
图1 可逆式抽水蓄能机组典型工况转换图
2 调相压水系统
2.1 调相压水系统的组成
调相压水系统是由调相压水气罐、压缩空气供气系统、压气及排气阀门系统以及其控制系统、尾水管水位测量系统等部分组成，系统配置如图2所示，管路示意图如图3所示。
图3 调相压水系统管路示意图
2.2 张河湾电站机组调相压水简介
张河湾电站机组主要技术参数见表1。
表1 张河湾电站抽蓄机组主要技术参数
机组由停机稳态（ST）到抽水调相（SCP）、由抽水（P）到抽水调相（SCP）、由发电（G）到发电调相（SCT）过程，压气控制均有所不同。下面以张河湾电站机组由停机稳态（ST）到抽水调相（SCP）为例。
机组在停机稳态时，触发抽水调相程序。第1步是启动调相压水子程序，首先判断的是调相气罐压力和高压气机系统是否运行正常，同时打开主压气阀、补气阀和上下迷宫供水阀。其中主压气阀和补气阀的关闭通过延时模块来实现，时间整定值是16 s。若水位监测装置监测到水位低，则会强制关闭主压气阀、补气阀和上下迷宫供水阀。第2步是打开蜗壳排气阀和水环排水阀。第3步是建立电气轴，机组开始升速。
压水完成后，尾水管水位的高低信号就是补气阀保持水位的依据，为防止补气过度，当补气阀打开40 s后，若仍未收到水位低信号，系统将会关闭补气阀并报送故障。
3 张河湾电站调相压水详析
3.1 压水时间的控制
机组调相压水时间的控制依据是对压水水位的要求，张河湾电站采用定时限控制来控制主压气阀的开启。对于控制时间的确定还要考虑到下面2个问题：①防止压水过度，要保证水位监测装置可靠动作，当水位监测装置发出水位低信号时，立即停止压气和补气；②如果采用顶盖进气方式，应考虑调整阀门从全关到全开的时间，防止压气开始时压力冲击过大，导致主轴密封抬起。
张河湾电站机组的尾水管水位测量装置布置于尾水锥管段，主要作用是为机组调相提供尾水水位信号，调控压气和补气。测量装置使用压差式模拟量传感器，将水位信号直接传送给机组LCU，并由监控系统中已设置的限制值来约束。
表2 张河湾电站机组调相压水相关数据表
3.2 气压保持时间
机组调相运行时往往存在漏气点，例如蜗壳排气阀处漏气至尾水管肘段、主轴密封处漏气到水车室等。气压的保持时间是调相压水的重要参数，而它取决于机组尾水管的漏气量。机组漏气量越小，压水保持时间越长，调相运行的用气量也会减少，反之，用气量增加，易使压气机运行时间增长，影响气机寿命。
3.3 抽水方向和发电方向调相运行的区别
由于抽水和发电2种工况水泵水轮机的转轮旋转方向不同，对机组尾水管内的水面形成作用也是不同的，因此2种工况下调相运行时的水面各有不同，如图4所示。
由图4可以看出，在调相压水过程中如果压水水位较高，碰及转轮，对下迷宫供水将形成阻力，可能造成机组振动增大，迷宫供水流量降低等现象，因此，应考虑转轮不同旋转方向时水面特点，选择合理的压水水位。
图4 不同旋转方向调相运行时尾水管水面形状示意图
3.4 机组压水过程中断的处理
在压水过程中，在机组停机或发生跳机时，需立刻停止压水，并开启回水排气程序来尽快排出机组转轮室内空气，使水位回升，最终形成对机组停机的有效制动。张河湾电站回水排气子程序如图5所示。
图5 张河湾电站回水排气子程序示意图
3.5 机组调相运行时的关注点
1）注意机组调相压水执行情况。关注机组进水阀和导叶是否可靠关闭，水阀及蜗壳排气平压阀是否可靠打开，尾水管水位测量装置是否运行正常，漏气量是否正常等。
2）密切监视机组主轴密封、上下迷宫环的温度，机组振动情况，机组吸收有功值，机组尾水管补气时间间隔等。
3）关注在回水排气过程中，流程进展下涉及的各阀门等开启或关闭情况。
4 结束语
调相运行是抽水蓄能机组工况转换中一个重要的流程，当前国内调相运行的控制流程大同小异，但在具体执行过程中各有特点，本文主要结合张河湾电站工程实例进行分析，希望其结论为其他抽蓄机组调试等提供借鉴。
