浅析高水头大容量蓄能机组主阀尾闸闭锁控制

周正勇

（中国南方电网调峰调频发电有限公司广州蓄能水电厂，广东 广州510950）

1 引言

抽水蓄能机组是一种启动快、负荷跟踪迅速和快速反应的特殊电源，具有发电、调峰、填谷、调频、调相、旋转备用、事故备用和黑启动等多种功能，已成为我国电力系统的一个重要组成部分。抽水蓄能机组在抽水工况时，机组要求较低的安装高程，当前多数蓄能机组采用地下式厂房，每台机组水泵水轮机蜗壳与引水系统压力管道之间设置主进水阀（简称主阀），尾水管与尾水隧洞之间设置尾水事故闸门（简称尾闸）。在保证地下厂房机组设备、洞室群安全方面主阀与尾闸发挥着重要作用。

2 抽水蓄能机组主阀与尾闸闭锁的重要性

主阀主要作用：机组发生故障时，迅速关闭球阀切断水流，防止飞逸事故发生；机组检修时主阀关闭，隔离机组与上游压力水源，保证检修安全，不影响其他机组的正常运行；停机时减小机组漏水量和缩短重新启动时间；用做未投产机组压力钢管的堵头防止水淹厂房。主阀的形式有蝶阀、球形阀，通常采用液压操作方式。蝶阀常用于200 m以下水头，球阀常用于200 m以上水头，当前运行、建设中的蓄能机组多数为高水头，以使用球阀为主，通常采用液压操作方式。

尾闸主要作用：当厂房内发生紧急事故时通过关闭尾水闸门切断下游来水，防止水淹厂房发生或事故扩大；机组检修时关闭尾闸可隔离机组与下游压力水源，保证检修安全，不影响其他机组的正常运行；尾闸正常情况下保持开启状态，确保机组过水道畅通。尾闸常采用平板式闸门，用于承受来自下库方向的水压，属低压闸门，当前运行、建设中的蓄能机组多采用液压操作控制闸门。

尾水事故闸门按挡下库水压来设计，不能承受来自上游的水压。因此，尾闸的操作必须是在主进水阀关闭的状态下进行，要防止尾闸关闭时误开主阀或主阀开启时误关尾闸而压垮尾水事故闸门，导致水淹厂房发生。为保证地下厂房、机组设备、洞室群的安全稳定运行，需要主阀与尾闸设置闭锁关系：主阀开启闭锁尾闸关闭，尾闸关闭闭锁主阀开启。且国家电网发布的《水电厂重大反事故措施》中提到，抽水蓄能机组和尾闸可自动控制的常规机组，主进水阀与尾闸应有主进水阀全关后尾闸方可关闭，尾闸全开后主进水阀方可开启的闭锁关系。

3 主阀与尾闸闭锁控制方法简介

3.1 主阀与尾闸液压闭锁简介

当前多数高水头蓄能机组主阀与尾闸采用液压操作方式。

主阀开启闭锁尾闸关闭功能的实现如图1所示：当主阀处于非全关状态时，主阀操作机构或部件随主阀阀芯旋转或产生位移，使尾闸液压方向控制阀切换，从而切断尾闸接力器开启腔排油，闭锁尾闸关闭；当主阀关闭时，尾闸液压方向控制阀切换，接通尾闸接力器开启腔排油，解除尾闸关闭液压闭锁条件。

图1 主阀开启闭锁尾闸关闭

尾闸关闭闭锁主阀开启功能的实现如图2所示：当尾闸处于非全开状态或出现一定位移的下滑时，尾闸操作机构或部件伴随闸门产生位移，使主阀液压方向控制阀切换，从而切断主阀接力器开启腔压力油，闭锁主阀开启；当尾闸全开时，主阀液压方向控制阀切换，接通主阀接力器开启腔压力油，解除主阀开启液压闭锁条件。

图2 尾阀关闭闭锁主阀开启

注意：①液压方向控制阀可采用弹簧复位式，主阀或尾闸动作后，方向控制阀在弹簧作用下可以自动切换液压回路；②主阀与尾闸的开启或关闭除了满足相互之间闭锁条件外，还要满足自身的闭锁条件；③当机组主阀、尾闸等设备及其相关系统经过检修、零部件更换、周期运行后，需要对主阀尾闸液压闭锁功能进行功能试验，以检验是否满足正常运行要求，同时有利于提前发现缺陷，避免带缺陷运行。

3.2 主阀与尾闸电气闭锁简介

主阀开启闭锁尾闸关闭功能的实现如图3左所示：当主阀处于非全关状态时，其位置开关节点由闭合变为断开，使尾闸关闭回路继电器无法励磁，实现主阀开启闭锁尾闸关闭功能。

尾闸关闭闭锁主阀开启功能的实现如图3右所示：当尾闸处于非全开状态或出现一定位移的下滑时，其位置开关节点由闭合变为断开，使主阀开启回路继电器无法励磁，实现尾闸关闭闭锁主阀开启功能。

图3 电气闭锁回路

注意：①为提高安全性，可采取冗余闭锁条件。如主阀开启闭锁尾闸关闭功能中可采用主阀全关接点和主阀工作密封投入接点串联，实现冗余闭锁；尾闸关闭闭锁主阀开启功能中可采用尾闸全开接点和锁定投入接点串联，实现冗余闭锁；在设备不同部位设置反映相同动作的位置信号。②主阀与尾闸命令包括远方命令和现地命令。③为确保主阀尾闸动作正确，要确保直流电源的可靠性。④电气控制回路运用中要做好定检、检查、功能试验，确保运行的可靠性。

3.3 主阀与尾闸自动化闭锁简介

自动化闭锁主要是通过软件中的控制程序实现闭锁。计算机监控系统控制程序和主阀尾闸现地控制程序中应有与电气闭锁类似的闭锁条件。

本着安全的原则，紧急情况下，当尾闸意外关闭时应触发紧急关闭主阀，防止上游压力水源损坏尾闸。当尾闸下滑至一定位置时，相应开关量信号动作并传送至计算机监控系统控制程序和主阀现地控制程序，监控系统进行逻辑判断后发出关闭主阀命令，确保设备安全。

注意：①实际运用中，有的电厂采用尾闸全关信号丢失直接触发紧急关闭主阀，是不合理的。主阀或导叶打开时水流冲击可能导致尾闸全开信号抖动，触发关闭主阀增加了误动的可能性。所以采用下滑至一定位置，相应开关量信号动作后再触发关闭主阀大大降低了误动的可能性。②运用中也可将尾闸开度信号以模拟量送至监控系统，且尾闸下降信号设置为两级，一级发出声光报警，二级动作关主阀；或采用多种信号同时参与的程序控制，只有当闸门锁定投入信号与全开位置信号丢失、开度模拟量满足时，动作关主阀。③为避免信号抖动导致误发报警，可采用在控制程序中增加一定延时。④对于液压操作的尾闸，可设置自动重提功能。尾闸轻微下滑时，通过自动重提实现尾闸全开；若自动重提失败继续下滑至相应位置时触发关闭主阀。

4 结束语

主阀与尾闸对于保护抽水蓄能电站地下室厂房安全，以及在机组正常运行及紧急事故处置中均发挥着重要的作用。随着科学技术的进步、机组制造水平的不断提高，高水头、大容量可逆式机组的应用会越来越广泛，主阀与尾闸的可靠闭锁显得尤为重要。设置原理不同、相互独立、功能相同的闭锁逻辑可以达到确保安全的目的。希望本文能为在建、已投运的蓄能机组设计与技改提供参考。