張河灣電站機組調(diào)相壓水過程詳析

谷振富，尤莉莎，吳 妍，劉 健，邢京燕

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

0 前言

張河灣蓄能電站機組有5個穩(wěn)定運行工況，分別是停機穩(wěn)態(tài)（ST）、發(fā)電（G）、抽水（P）、發(fā)電調(diào)相（SCT）、抽水調(diào)相（SCP）。機組從停機到抽水必須經(jīng)歷調(diào)相壓水這一流程，而發(fā)電調(diào)相必須經(jīng)機組發(fā)電工況壓水后才能滿足要求。

1 抽水蓄能機組工況及其轉(zhuǎn)換

作為抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換過程控制及調(diào)相穩(wěn)定運行中的重要組成部分，調(diào)相壓水對抽水蓄能機組的安全穩(wěn)定運行和可靠工況轉(zhuǎn)換有著非常重要的作用。其工作原理是：利用氣體的可壓縮特性，通過調(diào)相壓水氣罐往機組轉(zhuǎn)輪室內(nèi)注入大量的壓縮空氣，當(dāng)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水位被壓至轉(zhuǎn)輪本體以下時，通過轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)來降低機組運行時的阻力。張河灣抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換中調(diào)相壓水介入情況如圖1所示。

圖1 可逆式抽水蓄能機組典型工況轉(zhuǎn)換圖

2 調(diào)相壓水系統(tǒng)

2.1 調(diào)相壓水系統(tǒng)的組成

調(diào)相壓水系統(tǒng)是由調(diào)相壓水氣罐、壓縮空氣供氣系統(tǒng)、壓氣及排氣閥門系統(tǒng)以及其控制系統(tǒng)、尾水管水位測量系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)配置如圖2所示，管路示意圖如圖3所示。

圖3 調(diào)相壓水系統(tǒng)管路示意圖

2.2 張河灣電站機組調(diào)相壓水簡介

張河灣電站機組主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 張河灣電站抽蓄機組主要技術(shù)參數(shù)

機組由停機穩(wěn)態(tài)（ST）到抽水調(diào)相（SCP）、由抽水（P）到抽水調(diào)相（SCP）、由發(fā)電（G）到發(fā)電調(diào)相（SCT）過程，壓氣控制均有所不同。下面以張河灣電站機組由停機穩(wěn)態(tài)（ST）到抽水調(diào)相（SCP）為例。

機組在停機穩(wěn)態(tài)時，觸發(fā)抽水調(diào)相程序。第1步是啟動調(diào)相壓水子程序，首先判斷的是調(diào)相氣罐壓力和高壓氣機系統(tǒng)是否運行正常，同時打開主壓氣閥、補氣閥和上下迷宮供水閥。其中主壓氣閥和補氣閥的關(guān)閉通過延時模塊來實現(xiàn)，時間整定值是16 s。若水位監(jiān)測裝置監(jiān)測到水位低，則會強制關(guān)閉主壓氣閥、補氣閥和上下迷宮供水閥。第2步是打開蝸殼排氣閥和水環(huán)排水閥。第3步是建立電氣軸，機組開始升速。

壓水完成后，尾水管水位的高低信號就是補氣閥保持水位的依據(jù)，為防止補氣過度，當(dāng)補氣閥打開40 s后，若仍未收到水位低信號，系統(tǒng)將會關(guān)閉補氣閥并報送故障。

3 張河灣電站調(diào)相壓水詳析

3.1 壓水時間的控制

機組調(diào)相壓水時間的控制依據(jù)是對壓水水位的要求，張河灣電站采用定時限控制來控制主壓氣閥的開啟。對于控制時間的確定還要考慮到下面2個問題：①防止壓水過度，要保證水位監(jiān)測裝置可靠動作，當(dāng)水位監(jiān)測裝置發(fā)出水位低信號時，立即停止壓氣和補氣；②如果采用頂蓋進氣方式，應(yīng)考慮調(diào)整閥門從全關(guān)到全開的時間，防止壓氣開始時壓力沖擊過大，導(dǎo)致主軸密封抬起。

張河灣電站機組的尾水管水位測量裝置布置于尾水錐管段，主要作用是為機組調(diào)相提供尾水水位信號，調(diào)控壓氣和補氣。測量裝置使用壓差式模擬量傳感器，將水位信號直接傳送給機組LCU，并由監(jiān)控系統(tǒng)中已設(shè)置的限制值來約束。

表2 張河灣電站機組調(diào)相壓水相關(guān)數(shù)據(jù)表

3.2 氣壓保持時間

機組調(diào)相運行時往往存在漏氣點，例如蝸殼排氣閥處漏氣至尾水管肘段、主軸密封處漏氣到水車室等。氣壓的保持時間是調(diào)相壓水的重要參數(shù)，而它取決于機組尾水管的漏氣量。機組漏氣量越小，壓水保持時間越長，調(diào)相運行的用氣量也會減少，反之，用氣量增加，易使壓氣機運行時間增長，影響氣機壽命。

3.3 抽水方向和發(fā)電方向調(diào)相運行的區(qū)別

由于抽水和發(fā)電2種工況水泵水輪機的轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)方向不同，對機組尾水管內(nèi)的水面形成作用也是不同的，因此2種工況下調(diào)相運行時的水面各有不同，如圖4所示。

由圖4可以看出，在調(diào)相壓水過程中如果壓水水位較高，碰及轉(zhuǎn)輪，對下迷宮供水將形成阻力，可能造成機組振動增大，迷宮供水流量降低等現(xiàn)象，因此，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)輪不同旋轉(zhuǎn)方向時水面特點，選擇合理的壓水水位。

圖4 不同旋轉(zhuǎn)方向調(diào)相運行時尾水管水面形狀示意圖

3.4 機組壓水過程中斷的處理

在壓水過程中，在機組停機或發(fā)生跳機時，需立刻停止壓水，并開啟回水排氣程序來盡快排出機組轉(zhuǎn)輪室內(nèi)空氣，使水位回升，最終形成對機組停機的有效制動。張河灣電站回水排氣子程序如圖5所示。

圖5 張河灣電站回水排氣子程序示意圖

3.5 機組調(diào)相運行時的關(guān)注點

1）注意機組調(diào)相壓水執(zhí)行情況。關(guān)注機組進水閥和導(dǎo)葉是否可靠關(guān)閉，水閥及蝸殼排氣平壓閥是否可靠打開，尾水管水位測量裝置是否運行正常，漏氣量是否正常等。

2）密切監(jiān)視機組主軸密封、上下迷宮環(huán)的溫度，機組振動情況，機組吸收有功值，機組尾水管補氣時間間隔等。

3）關(guān)注在回水排氣過程中，流程進展下涉及的各閥門等開啟或關(guān)閉情況。

4 結(jié)束語

調(diào)相運行是抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換中一個重要的流程，當(dāng)前國內(nèi)調(diào)相運行的控制流程大同小異，但在具體執(zhí)行過程中各有特點，本文主要結(jié)合張河灣電站工程實例進行分析，希望其結(jié)論為其他抽蓄機組調(diào)試等提供借鑒。