某300 MW抽水蓄能机组双机甩负荷过渡过程试验

2024-01-11吴建标

水科学与工程技术 2023年6期

曹扬，彭辉，吴建标，许健，周浩

（江苏方天电力技术有限公司，南京 210000）

机组转轮是抽水蓄能电站重要的水流通道部件，也是机组的“心脏”，转轮水力性能的优劣直接影响电站运行的安全性和可靠性。本文对某抽水蓄能电站2 台机组在调试期间进行同一流道双机甩负荷试验分析，根据试验实测数据与仿真计算进行比对，实测数据与仿真结果两者契合度较高。机组运行各项性能指标优良，效率、压力脉动等关键技术指标优于合同保证值或同类型机组。

1 概况

某电站安装4 台单机容量为300 MW 的抽水蓄能机组，引水系统和尾水系统采用一管两机布置形式，输水系统总长3294.7 m，其中引水系统全长2846.6 m。引水系统立面采用“两级斜井”布置方式，在斜井中部设置中平段。尾水系统立面采用“平洞＋斜井”方式布置，机组引水系统布置如图1。

图1 机组流道示意图

2 机组双机甩负荷过渡过程试验

2.1 机组主要技术参数

水轮机发电机主要参数如表1。

表1 水轮机发电机技术参数

2.2 试验测点位置数据及内容

2.2.1 测点位置

试验测量数据有机组转速、有功功率、导叶开度、蜗壳进口压力、尾水进出口压力及机组摆度、机架振动。测点名称及传感器如表2。

表2 测点统计

2.2.2 试验过程及数据

在进行一管双机甩负荷试验前进行导叶关闭规律复核试验［2］，经复核2 台机组导叶关闭规律正常，关闭时间分别为38.863、39.965 s，满足设计要求。

为确保试验安全可靠，双机甩负荷按负荷逐级增加的方向进行［3］，先进行一洞双机甩50%负荷试验，试验结果评估安全后再进行双机甩100%负荷试验。

一洞双机甩50%负荷试验检查完成后进行甩100%负荷试验，试验过程转速及压力脉动记录如图2～图4，相关参数分析如表3。机组在甩100%额定负荷即时的1#、2#机组转速最大值依次为额定转速的140.43% ，139.154%。最大蜗壳进口水压依次为 5.720、5.659 MPa，尾水管进口压力最小值依次为0.245、0.324 MPa，尾水管出口压力最大值依次为0.78、0.98 MPa，上述各项指标满足主机合同中规定的要求。

表3 双机甩100%负荷试验数据统计

图2 甩100%负荷转速变化趋势

图3 甩100%负荷1#机组压力脉动变化趋势

图4 甩100%负荷2#机组压力脉动变化趋势

2 台机组的尾水管进口压力及尾水管出口压力脉动变化趋势基本趋于一致，2 台机组蜗壳进口位置不便于加装测点，安装传感器的测点位于水位室外集中布置管道，压力脉动传输过程中波动值一部分也由于仪表管的压力叠加作用，数据采集时采用低通滤波器进行处理，峰峰值也使用双侧分位法进行计算确定。

在甩负荷时导叶采用分段关闭［4］，规律为先快关后慢关，在第一段关闭4 s 至导叶开度65%，第二段33 s 后导叶至全关，由图2～图4 可知，在机组关闭规律下，机组转速上升至飞逸点后随即下降，在过程中出现2 次波峰。从蜗壳进口压力及尾水进口压力变化过程来看，压力趋势均一致上升后快速趋于稳定，蜗壳压力在导叶第一段关闭后出现大幅值震荡，随着导叶关闭后便趋于稳定［5］。两台机组在甩负荷过程中趋势接近，转速均出现2 次波峰，蜗壳与尾水压力极值也出现在首次波峰附件，随着导叶关闭后，转速及蜗壳、尾水压力也逐渐降低。试验采集的数据均满足调节保证计算的要求。

3 试验分析

过渡过程仿真计算与试验实测对比如表4。

表4 仿真与实测对比

由于抽蓄机组在运行过程中转轮直径较大，离心力作用也大，水的进流能迅速下来，机组受到自身惯性驱动而进入制动区，水流阻挡转轮后，转速也略微下降，因而开度线出现反弯，形成一个S 型［8］，由于这种S 型曲线特性，抽蓄全特性模型建立较困难，预测值可能会偏离实际值，由表7 看出，此类型13叶片转轮及333.3 转/min 转速组合的机组模型较为成功，试验数据与模型仿真值基本一致。

由图5～图6 可知，在双机甩负荷过渡过程中，转速及压力实测值与仿真值有较强的拟合性［9-10］，数据采集使用抗混叠滤波器，1#机组转速实测值与预测值误差0.18%，2#机组转速实测值与预测值误差0.75%,1#机组蜗壳进口压力实测值与预测值误差1.5%，2#机组蜗壳进口压力实测值与预测值误差0.6%，甩负荷误差率最大值仅1.5%。