淺談延時(shí)10s裝置在黑麋峰電廠的應(yīng)用

王 君 韓 軻

（湖南五凌電力有限公司黑麋峰抽水蓄能電廠 長(zhǎng)沙市 410213）

黑麋峰抽水蓄能電廠位于湖南省長(zhǎng)沙市望城縣橋驛鎮(zhèn)楊橋村，緊鄰湖南電網(wǎng)負(fù)荷中心，是湖南省首座抽水蓄能電廠。電廠安裝4臺(tái)單機(jī)容量300MW的水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1200MW。黑麋峰電廠為首批引進(jìn)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化蓄能機(jī)組，其中轉(zhuǎn)輪模型由ALSTOM研發(fā)設(shè)計(jì)，調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備由維奧機(jī)電設(shè)備（北京）有限公司設(shè)計(jì)供貨；電廠為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電廠，主要擔(dān)負(fù)湖南及華中電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。

1 延時(shí)10s的由來(lái)

1.1 延時(shí)關(guān)閉導(dǎo)葉概念的提出

機(jī)組發(fā)生事故甩負(fù)荷后，水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)速升高，流量隨之減少，從而使引水道水壓力升高，尾水道水壓力降低，當(dāng)水泵水輪機(jī)進(jìn)入S形區(qū)域時(shí)，水泵水輪機(jī)流量急劇下降，導(dǎo)致引水道水壓力迅速升高，尾水道水壓力迅速下降，達(dá)到極值。為防止轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速上升的截流效應(yīng)與導(dǎo)葉關(guān)閉升壓的聯(lián)合作用，ALSTOM提出黑麋峰水輪機(jī)工況甩負(fù)荷時(shí)調(diào)速器延時(shí)關(guān)閉導(dǎo)葉。

1.2 調(diào)節(jié)保證參數(shù)允許值

（1）機(jī)組最大轉(zhuǎn)速≤450r/min。

（2）蝸殼進(jìn)口處最大壓力≤4.9MPa（包括脈動(dòng)壓力）。

（3）球閥上游側(cè)最大壓力≤4.9MPa（包括脈動(dòng)壓力）。

（4）尾水管進(jìn)口處最小壓力≥0.1MPa（絕對(duì)壓力）。

1.3 延時(shí)時(shí)間的確定

計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)導(dǎo)葉延遲時(shí)間小于等于7s時(shí)，尾水管進(jìn)口最低水壓力小于10mH2O，蝸殼進(jìn)口最大水壓力超過(guò)500mH2O，不能滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算要求；當(dāng)導(dǎo)葉延遲時(shí)間大于等于8s時(shí)，尾水管進(jìn)口最低水壓力大于10mH2O，蝸殼進(jìn)口最大水壓力低于500mH2O，滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算要求。當(dāng)導(dǎo)葉延遲時(shí)間大于等于10s時(shí)，尾水管進(jìn)口最低水壓力和蝸殼進(jìn)口最大水壓力已經(jīng)不再變化，導(dǎo)葉延遲時(shí)間對(duì)機(jī)組最大轉(zhuǎn)速升高有影響，綜合考慮水壓及轉(zhuǎn)速，確定導(dǎo)葉延遲時(shí)間等于 10s。

2 延時(shí)10s裝置功能簡(jiǎn)介

2.1 機(jī)組甩負(fù)荷后延時(shí)10s關(guān)閉導(dǎo)葉功能的實(shí)現(xiàn)（圖 1）

在主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)側(cè)油管路上，插入了一個(gè)與油管路相同通徑的插裝閥，當(dāng)該插裝閥關(guān)閉時(shí)，主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)側(cè)的油路被切斷，使接力器保持不動(dòng)；當(dāng)該插裝閥開(kāi)啟時(shí)，主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)側(cè)的油路暢通，與該閥不存在的效果一樣。插裝閥的開(kāi)啟與關(guān)閉通過(guò)雙線圈電磁閥控制，在斷路器斷開(kāi)瞬間，邏輯控制回路通過(guò)電磁閥控制插裝閥，使之關(guān)閉，從而切斷主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)側(cè)的油路，使得接力器無(wú)法受主配壓閥的控制，保持在甩負(fù)荷瞬間的位置；10s后控制回路再通過(guò)電磁閥開(kāi)啟插裝閥，恢復(fù)主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)側(cè)的油路，使接力器受主配壓閥的控制而關(guān)閉。

圖1 延時(shí)10s裝置系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

插裝閥采用錐面密封，具有優(yōu)良的密封性能，因此當(dāng)它動(dòng)作為關(guān)閉時(shí)可以可靠地切斷油路；插裝閥的閥芯和閥套間無(wú)嚴(yán)格的配合要求，磨損輕，不易堵塞，也不會(huì)產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象，對(duì)液壓油的潔凈度要求很低，抗卡阻能力極強(qiáng)，動(dòng)作速度快；以上插裝閥的優(yōu)點(diǎn)保證了延時(shí)10s裝置的可靠性；另外，作為插裝閥的先導(dǎo)控制閥的電磁閥，采用的是力士樂(lè)的帶位置反饋的雙線圈電磁閥，為最大限度地提高可靠性，裝置中設(shè)置了雙電磁閥，并且送給電磁閥的電氣控制信號(hào)及控制回路的電源均是雙路的，任一個(gè)電磁閥動(dòng)作均能控制插裝閥動(dòng)作。

另外，在延時(shí)10s裝置的閥體上還在插裝閥的進(jìn)口與出口間設(shè)置了一個(gè)通徑為Φ9的旁路，該旁路的作用在于萬(wàn)一插裝閥關(guān)閉后無(wú)法再開(kāi)啟，通過(guò)這個(gè)旁路可以使導(dǎo)葉緩慢地關(guān)閉。

2.2 增加延時(shí)10s裝置對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的影響

（1）正常運(yùn)行時(shí)。從延時(shí)10s裝置的控制邏輯可以看出，其僅在發(fā)電模式下，斷路器斷開(kāi)后的10s內(nèi)起作用，除此之外的情況，裝置中的插裝閥均處于開(kāi)啟狀態(tài)，對(duì)主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)側(cè)的油路沒(méi)有影響，不會(huì)影響導(dǎo)葉的開(kāi)啟與關(guān)閉，因此開(kāi)機(jī)過(guò)程、空載性能、并網(wǎng)過(guò)程、增減負(fù)荷及帶負(fù)荷過(guò)程均不受該裝置的影響，相應(yīng)的該裝置不會(huì)影響調(diào)速器以下性能指標(biāo)：機(jī)組空載頻率擺動(dòng)值；空載擾動(dòng)時(shí)的機(jī)組轉(zhuǎn)速超調(diào)量及調(diào)節(jié)時(shí)間；調(diào)速器靜特性轉(zhuǎn)速死區(qū)；負(fù)荷擾動(dòng)特性。

（2）甩負(fù)荷時(shí)。機(jī)組甩負(fù)荷后，由于延時(shí)10s裝置的作用，如果比例伺服閥有關(guān)閉接力器的信號(hào)，導(dǎo)葉接力器將從甩負(fù)荷前的位置以緩慢速度關(guān)閉（由于在10s內(nèi)關(guān)閉量很小，不會(huì)明顯影響機(jī)組引水系統(tǒng)的壓力上升值）；如果比例伺服閥沒(méi)有關(guān)閉接力器的信號(hào),導(dǎo)葉接力器將保持甩負(fù)荷前的位置。10s后該裝置復(fù)歸，接力器再在主配壓閥的控制下關(guān)閉，因此甩負(fù)荷時(shí)引起的轉(zhuǎn)速上升與壓力上升將不受調(diào)速系統(tǒng)的控制相應(yīng)的，以下跟甩負(fù)荷有關(guān)的調(diào)速器性能指標(biāo)將無(wú)法滿足：接力器不動(dòng)時(shí)間；甩負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)次數(shù)與調(diào)節(jié)時(shí)間等。

2.3 甩負(fù)荷時(shí)可能出現(xiàn)的問(wèn)題

（1）甩負(fù)荷時(shí)延時(shí)10s裝置未起到切斷油路，保持導(dǎo)葉接力器不動(dòng)的作用，延時(shí)10s裝置中控制回路電源有兩路互為冗余，先導(dǎo)控制電磁閥的電氣控制信號(hào)是兩路冗余（分別來(lái)自硬接點(diǎn)和監(jiān)控系統(tǒng)），先導(dǎo)電磁閥也采用了兩個(gè)，作為關(guān)斷元件的插裝閥又具有極強(qiáng)的抗卡阻能力及關(guān)斷能力，因此本問(wèn)題出現(xiàn)的可能性極低。

如果萬(wàn)一出現(xiàn)了這種情況，還有一層來(lái)自調(diào)速器電氣柜的保護(hù)，在調(diào)速器電氣柜的程序中也設(shè)置了一段甩負(fù)荷后延時(shí)10s關(guān)閉導(dǎo)葉的程序，通過(guò)比例閥控制主配壓閥使接力器在甩負(fù)荷開(kāi)始10s內(nèi)維持不動(dòng)，10s之后再按正常甩負(fù)荷程序控制導(dǎo)葉，因此即使此時(shí)延時(shí)10s裝置未動(dòng)作，仍可通過(guò)電氣柜實(shí)現(xiàn)延時(shí)10s的功能。

（2）延時(shí)10s裝置動(dòng)作后，插裝閥未開(kāi)啟。若插裝閥關(guān)閉后無(wú)法再開(kāi)啟，插裝閥的進(jìn)口與出口間仍設(shè)置有小通徑的旁路，這個(gè)旁路可以使導(dǎo)葉緩慢地關(guān)閉。

（3）甩負(fù)荷時(shí)主配壓閥發(fā)卡。在極端情況下甩負(fù)荷時(shí)若出現(xiàn)了主配壓閥發(fā)卡故障，由于延時(shí)10s裝置切斷的是主配壓閥至接力器開(kāi)機(jī)腔的油路，導(dǎo)葉接力器在甩負(fù)荷開(kāi)始后10s內(nèi)維持不動(dòng)的功能仍能完成，10s后若主配壓閥卡在關(guān)機(jī)側(cè)，則導(dǎo)葉能關(guān)至全關(guān)位置，若主配壓閥卡在中間位置或開(kāi)機(jī)側(cè)，則導(dǎo)葉無(wú)法關(guān)閉，此時(shí)電氣柜報(bào)出主配發(fā)卡故障，機(jī)組通過(guò)關(guān)閉球閥停機(jī)。

3 甩負(fù)荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

甩負(fù)荷時(shí)的最不利工況為最大水頭下發(fā)最大的出力，對(duì)最不利工況的計(jì)算結(jié)果如附表，從計(jì)算結(jié)果可以看出導(dǎo)葉延時(shí)關(guān)閉明顯地改善了水壓情況。延時(shí)關(guān)閉導(dǎo)葉轉(zhuǎn)速上升率大，但可逆式機(jī)組的轉(zhuǎn)輪特性決定了飛逸系數(shù)較小，轉(zhuǎn)速很難達(dá)到飛逸轉(zhuǎn)速。因此關(guān)閉規(guī)律的優(yōu)化主要是改善水壓上升。

附表 最大水頭下的最大可能出力

由于計(jì)算結(jié)果指出，甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉關(guān)閉不延時(shí)尾水管會(huì)出現(xiàn)真空，因此為確保機(jī)組安全，現(xiàn)場(chǎng)未做導(dǎo)葉不延時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，只完成了導(dǎo)葉延時(shí)關(guān)閉甩負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)水壓上升及轉(zhuǎn)速上升均有較大的裕量。

4 結(jié) 語(yǔ)

圖2 試驗(yàn)結(jié)果

可逆式機(jī)組具有運(yùn)行工況復(fù)雜、啟停頻繁等特點(diǎn)，對(duì)導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律提出了更高的要求。目前主要采用分段關(guān)閉，有時(shí)仍不能滿足調(diào)節(jié)保證值，延時(shí)關(guān)閉概念的提出及應(yīng)用，確保了電站引水流道及尾水流道的安全，降低了機(jī)組安定性試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。總之，為確保機(jī)組安全，應(yīng)將導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的探討作為調(diào)速系統(tǒng)的重要研究方向。

1 梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

2 鄭源，等.水力機(jī)組過(guò)渡過(guò)程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

3 沈祖詒.水輪機(jī)調(diào)節(jié)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1998.