抽水蓄能電站尾閘與主閥的閉鎖邏輯探討

孔令杰

（河南國網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉(xiāng)453636）

1 抽水蓄能電站機(jī)組主進(jìn)水閥、尾水事故閘門的典型配置

抽水蓄能電站的流道設(shè)計(jì)通常采用單元機(jī)組配置一套主進(jìn)水閥門（主閥）和一套尾水事故閘門（尾閘），見圖1 。因抽水蓄能電站水頭通常較高，在蝸殼進(jìn)口端配置主進(jìn)水閥門成為機(jī)組設(shè)計(jì)的主流，與導(dǎo)葉配合完成機(jī)組水流的開啟與安全關(guān)斷。尾水事故閘門同時(shí)作為事故閘門與檢修閘門使用，在事故（主要為單元機(jī)組管路漏水）時(shí)快速截?cái)嘞掠嗡?，在機(jī)組檢修時(shí)阻斷下游水源，為尾水管檢修提供無水的安全作業(yè)環(huán)境。

圖1 抽水蓄能機(jī)組主進(jìn)水閥門與尾水事故閘門的典型布置示意圖

機(jī)組備用及調(diào)相工況下，主進(jìn)水閥保持關(guān)閉狀態(tài)；機(jī)組發(fā)電或抽水運(yùn)行時(shí)，主進(jìn)水閥打開。

機(jī)組備用及運(yùn)行期間，機(jī)組尾水事故閘門全開；機(jī)組檢修或與尾水管相連的水管路系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，尾水事故閘門關(guān)閉。

2 抽水蓄能電站機(jī)組尾水事故閘門閉鎖主進(jìn)水閥的邏輯要求

根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的安全要求，機(jī)組發(fā)電或抽水運(yùn)行時(shí)，主進(jìn)水閥和尾水事故閘門均應(yīng)保持全開狀態(tài)。尾水事故閘門全開時(shí)，主進(jìn)水閥才能開啟；主進(jìn)水閥全關(guān)時(shí)，尾水事故閘門才能關(guān)閉。

因此，要求尾水事故閘門非全開信號(hào)閉鎖球閥開啟（圖2）。為確?？煽?，二者之間的閉鎖應(yīng)為硬閉鎖。

圖2 尾水事故閘門與主進(jìn)水閥的閉鎖邏輯要求

3 國內(nèi)幾家抽水蓄能電站閉鎖邏輯初期配置

河南寶泉抽水蓄能電站安裝4臺(tái)300 MW抽水蓄能機(jī)組，安裝期邏輯設(shè)置為：尾水事故閘門鎖定投入信號(hào)丟失，硬布線直接作用于關(guān)閉主進(jìn)水球閥的油回路電磁閥，關(guān)閉球閥（圖3）。

圖3 河南寶泉抽水蓄能電站安裝期閉鎖邏輯

華東區(qū)域某抽水蓄能電站安裝6臺(tái)300 MW抽水蓄能機(jī)組，安裝期邏輯設(shè)置為尾水事故閘門全開信號(hào)硬布線接入主進(jìn)水球閥開啟回路電磁閥，尾水事故閘門全開信號(hào)丟失無法開啟球閥（圖4）。

圖4 華東某抽水蓄能電站安裝期閉鎖邏輯

4 閉鎖邏輯配置不完善可能導(dǎo)致的后果

鑒于球閥打開且導(dǎo)葉打開時(shí)水流沖擊對(duì)尾水事故閘門可能導(dǎo)致的嚴(yán)重影響，尾水事故閘門全開（或鎖定投入）信號(hào)丟失閉鎖主進(jìn)水閥開啟、直接作用主進(jìn)水閥關(guān)閉的功能均已實(shí)現(xiàn)，即，閉鎖保護(hù)功能不存在拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，由于閉鎖保護(hù)功能設(shè)計(jì)、配置的不完善，因信號(hào)誤動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)組甩負(fù)荷現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。抽水蓄能電站工況多變，配置不完善可能造成極其惡劣影響。2011年8月22日，河南寶泉抽水蓄能電站1臺(tái)機(jī)組在調(diào)相轉(zhuǎn)抽水工況轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壓縮氣體已排出，導(dǎo)葉與球閥開啟過程中，由于尾閘鎖定投入信號(hào)異常丟失，導(dǎo)致球閥開啟過程中關(guān)閉，機(jī)組吸收有功150 MW（即額定功率50%），同時(shí)由于機(jī)組未到達(dá)穩(wěn)態(tài)，低功率保護(hù)未動(dòng)作，且流程限時(shí)未到，未能超時(shí)自動(dòng)停機(jī)。機(jī)組在該狀態(tài)下振擺加劇，值班員發(fā)現(xiàn)后立即執(zhí)行手動(dòng)停機(jī)操作，避免故障失控。

5 閉鎖邏輯配置優(yōu)化

河南寶泉抽水蓄能電站在故障發(fā)生后，為完善配置邏輯，在閉鎖邏輯的尾水事故閘門鎖定投入信號(hào)中并入了各自獨(dú)立的2副閘門開全信號(hào)節(jié)點(diǎn)，即：只有當(dāng)2副閘門全開信號(hào)與一副鎖定投入信號(hào)全部消失時(shí)，才作用于直接關(guān)閉主進(jìn)水閥，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性（圖 5）。

圖5 河南寶泉抽水蓄能電站更新后的閉鎖邏輯

華東某抽水蓄能電站為防止尾水事故閘門全開信號(hào)抖動(dòng)，增加了一個(gè)2 s的延時(shí)濾波（圖6）。

圖6 華東某抽水蓄能電站更新后的閉鎖邏輯

華中另一座抽水蓄能電站——湖北白蓮河抽水蓄能電站安裝4臺(tái)300 MW抽水蓄能機(jī)組，與河南寶泉抽水蓄能電站同期建設(shè)，其初期配置同河南寶泉抽水蓄能電站異動(dòng)前。配置優(yōu)化為：在閉鎖邏輯的尾水事故閘門鎖定投入信號(hào)中并入了閘門上限位置開關(guān)信號(hào)和閘門模擬量全開信號(hào)，即：只有當(dāng)閘門鎖定投入信號(hào)、閘門上限位置信號(hào)、閘門模擬量全開信號(hào)共3個(gè)信號(hào)全部丟失時(shí)，才作用于直接關(guān)閉主進(jìn)水閥（圖7）。

圖7 湖北白蓮河抽水蓄能電站更新后的閉鎖邏輯

6 閉鎖邏輯配置的持續(xù)優(yōu)化

當(dāng)前，國內(nèi)主要由國網(wǎng)新源控股有限公司、南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司共2家企業(yè)管理著大多數(shù)的抽水蓄能電站，尤其是國網(wǎng)新源控股有限公司管理著數(shù)十家抽水蓄能電站。抽水蓄能電站的集中管理，有利于共用平臺(tái)、資源共享、技術(shù)交流，國網(wǎng)新源控股有限公司向管轄的數(shù)十家抽水蓄能電站發(fā)出梳理水機(jī)保護(hù)邏輯和定值通知，并且匯總了現(xiàn)行的各單位邏輯、定值供互相借鑒和參考，進(jìn)一步修改和完善尾水事故閘門和球閥的閉鎖邏輯。