白蓮河抽水蓄能電站雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)分析

楊洪濤

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田 438600）

1 工程概況

湖北白蓮河抽水蓄能電站安裝有4臺300 MW單級混流式可逆式水泵水輪發(fā)電電動機(jī)組；發(fā)電電動機(jī)和主變壓器采用單元接線方式，之間通過IPB連接，設(shè)換相開關(guān)與發(fā)電機(jī)斷路器；每兩臺主變高壓側(cè)接入一套地下500 kV GIS聯(lián)合單元，經(jīng)500 kV干式高壓電纜接入地面500 kV GIS。地面GIS共二回進(jìn)線、一回出線，接入大吉500 kV電網(wǎng)。

電站首臺機(jī)組于2009年5月22日首次啟動，11月21日完成30 d考核試運(yùn)行，最后一臺機(jī)于2010年12月27日完成30 d考核試運(yùn)行。電站3、4號機(jī)組雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)于2010年4月完成，1、2號機(jī)組雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)于2011年1月20日完成。

2 電站主要參數(shù)

2.1 水力特性參數(shù)

電站上水庫正常蓄水位308 m，死水位291 m；下水庫正常蓄水位104.00 m，死水位96.00 m，極限死水位91.00 m。引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)的布置方式，引水系統(tǒng)長1 425.39～1 499.70 m，由上庫進(jìn)/出水口、引水上平洞、調(diào)壓井、引水豎井、引水下平洞、引水岔管和鋼襯引水支洞等組成，引水隧洞洞徑9.00 m、支洞洞徑5.60 m。尾水系統(tǒng)采用兩機(jī)一洞方式布置，尾水系統(tǒng)長397.53～420.536 m，由尾水支洞、尾水閘門洞、尾水岔管、尾水隧洞、下庫進(jìn)/出水口組成，尾水管 （支洞）洞徑7.40 m，尾水隧洞洞徑10.00 m。

2.2 水泵水輪機(jī)參數(shù)

白蓮河抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)額定出力306 MW，額定水頭195 m，額定流量171.2 m3/s，額定轉(zhuǎn)速250 r/m，吸出高度-50 m，穩(wěn)態(tài)飛逸轉(zhuǎn)速＜410 r/m， 轉(zhuǎn)動慣量 GD2為 800 t·m2。

2.3 發(fā)電電動機(jī)參數(shù)

發(fā)電電動機(jī)型式為立軸三相半傘式空冷可逆式同步發(fā)電電動機(jī)，發(fā)電工況額定容量334 MV·A，電動工況額定容量325 MW，發(fā)電電動機(jī)額定電壓15.75 kV，額定功率因數(shù) （發(fā)電工況）為0.9（滯后），發(fā)電電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量GD2為18 500 t·m2。

表1 雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)測點(diǎn)定義

表2 1、2號機(jī)雙機(jī)甩負(fù)荷時試驗(yàn)結(jié)果匯總

3 試驗(yàn)簡述

3.1 試驗(yàn)測點(diǎn)布置選擇

因抽水蓄能電站的特殊性，一般設(shè)計(jì)在機(jī)組甩負(fù)荷后均直接作用于機(jī)組緊急停機(jī)。因此在做雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)時，試驗(yàn)測點(diǎn)與單機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)會有所不同。以白蓮河抽水蓄能電站1、2號機(jī)組為例，一般應(yīng)包括表1所列測點(diǎn)。試驗(yàn)測點(diǎn)可以采用已安裝的傳感器，但應(yīng)對傳感器進(jìn)行校驗(yàn)，確保傳感器的精度滿足試驗(yàn)要求。一般情況下，為了確保試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性和真實(shí)性，均應(yīng)重新安裝通過校驗(yàn)的壓力傳感器，且安裝位置應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)或廠家要求進(jìn)行，與壓力傳感器連接管路應(yīng)盡可能縮短。

3.2 試驗(yàn)步驟

（1）分別啟動單機(jī)帶50%負(fù)荷，校核新安裝傳感器及接線是否準(zhǔn)確。

（2）依次按雙機(jī)甩50%、75%、100%負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)。每次甩負(fù)荷試驗(yàn)后應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行對比分析，并對兩臺機(jī)組轉(zhuǎn)動部件進(jìn)行全面檢查，只有在得到確認(rèn)后，才能進(jìn)行下步試驗(yàn)。

（3）依次按一臺機(jī)組帶100%負(fù)荷，另一臺機(jī)甩50%、75%、100%負(fù)荷，每次甩負(fù)荷后均應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行對比分析，并對甩負(fù)荷機(jī)組轉(zhuǎn)動部件進(jìn)行全面檢查，只有在得到確認(rèn)后，才能進(jìn)行下步試驗(yàn)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

電站3、4號機(jī)組雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)由ALSTOM專業(yè)試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)完成，1、2號機(jī)組雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)由湖北省電力試驗(yàn)研究院完成。主要試驗(yàn)結(jié)果如下。

3.3.1 同一流道雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)

電站雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果匯總表見表2、3。其中1、2號機(jī)組同時甩300 MW負(fù)荷曲線見圖1、2。

圖1 雙機(jī)甩100%負(fù)荷時1號機(jī)組測試曲線

3.3.2 同一流道雙機(jī)帶300 MW負(fù)荷，單機(jī)甩300 MW負(fù)荷試驗(yàn)

雙機(jī)帶300 MW負(fù)荷，單機(jī)甩300 MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見表4、5，其中1、2號機(jī)組過渡過程曲線分別見圖3、圖4。

表3 3、4號機(jī)雙機(jī)甩負(fù)荷時試驗(yàn)結(jié)果匯總

圖2 雙機(jī)甩100%負(fù)荷時2號機(jī)組測試曲線

表4 1、2號機(jī)組帶300 MW負(fù)荷，2號機(jī)甩300 MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 球閥與導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律分析

電站機(jī)組甩負(fù)荷時導(dǎo)葉采用理論35.8 s直線關(guān)閉，球閥采用理論40.8 s直線關(guān)閉。甩負(fù)荷時，機(jī)組進(jìn)入緊急停機(jī)程序，球閥和導(dǎo)葉接力器均同時緊急關(guān)閉，實(shí)際關(guān)閉規(guī)律與理論略有差異?，F(xiàn)場實(shí)測3、4號機(jī)甩100%負(fù)荷時球閥與導(dǎo)葉接力器關(guān)閉規(guī)律如圖5所示。

表5 3、4號機(jī)組帶300 MW負(fù)荷，3號機(jī)甩300 MW負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)機(jī)組

圖3 1號機(jī)組擾動測試曲線

圖4 2號機(jī)組甩100%負(fù)荷測試曲線

圖5 3、4號機(jī)同時甩100%負(fù)荷時球閥與導(dǎo)葉接力器關(guān)閉規(guī)律曲線

4.2 與廠家調(diào)保計(jì)算對比分析

在雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)前，廠家重新復(fù)核了雙機(jī)甩負(fù)荷過渡過程，并提交了計(jì)算報(bào)告，主要計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 廠家對雙機(jī)甩負(fù)荷調(diào)節(jié)保證計(jì)算結(jié)果

通過表2、3與表6對比可知：

（1）廠家調(diào)節(jié)保證計(jì)算值蝸殼最大壓力、尾水管進(jìn)口最小壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率與現(xiàn)場試驗(yàn)值存在一定偏差。

（2）現(xiàn)場甩負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率為44.9%，滿足合同文件調(diào)節(jié)保證值的要求。

（3）雙機(jī)甩100%負(fù)荷試驗(yàn)，蝸殼進(jìn)口最大壓力測試值為3.12 MPa（1號機(jī)和3號機(jī)），已接近合同保證值3.2 MPa，而此時上庫水位分別是299.45 m和304.78 m，需進(jìn)一步分析論證上水庫最高水位甩負(fù)荷時蝸殼壓力升高值。

（4）甩負(fù)荷試驗(yàn)尾水管進(jìn)口最小壓力為0.267 MPa，滿足合同文件調(diào)節(jié)保證值的要求。

4.3 與調(diào)保計(jì)算復(fù)核成果對比分析

現(xiàn)場完成3、4號機(jī)單機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)后，電站委托武漢大學(xué)根據(jù)機(jī)組實(shí)際特性曲線、導(dǎo)葉與球閥的實(shí)際關(guān)閉規(guī)律、流道的實(shí)際參數(shù)對電站調(diào)試運(yùn)行期各種工況下的水力過渡過程進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算，并對雙機(jī)甩負(fù)荷結(jié)果進(jìn)行了預(yù)測。特別是針對3、4號機(jī)雙機(jī)實(shí)際甩負(fù)荷時水位進(jìn)行了反演計(jì)算分析，反演計(jì)算成果見表7。

表7 3、4號機(jī)雙機(jī)甩負(fù)荷反演計(jì)算成果

從表7與表2、3對比分析，反演計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果基本一致，調(diào)壓井水位理論計(jì)算變化值與實(shí)際結(jié)果十分接近。由于接力器關(guān)閉規(guī)律的非線性、利用數(shù)學(xué)方法處理的特性曲線與實(shí)際水輪機(jī)特性的差異，使得蝸殼進(jìn)口最大壓力、尾水管進(jìn)口最小壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率的計(jì)算值與現(xiàn)場甩負(fù)荷測試值相比略偏小，但誤差大多控制在5%范圍之內(nèi)。上述結(jié)果表明：調(diào)保計(jì)算復(fù)核所選用數(shù)學(xué)模型、參數(shù)及邊界條件正確，復(fù)核結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際甩負(fù)荷實(shí)測結(jié)果準(zhǔn)確。

4.4 單機(jī)甩負(fù)荷時對另一臺機(jī)組影響分析

當(dāng)同一流道雙機(jī)帶滿負(fù)荷，出現(xiàn)一臺機(jī)組甩負(fù)荷時，從表4、5及圖3可知，運(yùn)行機(jī)組運(yùn)行正常，通過與表1、表2對比可知：

（1)甩負(fù)荷機(jī)組蝸殼進(jìn)口最大壓力、尾水管進(jìn)口最小壓力、機(jī)組轉(zhuǎn)速最大上升率均小于雙機(jī)甩同等負(fù)荷時值，滿足合同文件調(diào)節(jié)保證值的要求。

（2)運(yùn)行機(jī)組蝸殼進(jìn)口最大壓力、尾水管進(jìn)口最小壓力變化率分別為10%、-20%左右；最大負(fù)荷上升值4號機(jī)組57.5 MW，上升率19.33%，1號機(jī)組46.5 MW，上升率15.72%，滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié) 語

雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，在試驗(yàn)前除了應(yīng)編制完善的試驗(yàn)程序和應(yīng)急預(yù)案外，還應(yīng)結(jié)合電站實(shí)際參數(shù)，特別是單機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果，對調(diào)保計(jì)算結(jié)果進(jìn)行復(fù)核及對單機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，在此基礎(chǔ)上提出雙機(jī)甩負(fù)荷預(yù)測結(jié)果和反演計(jì)算成果，只有這樣，才能確保雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)安全、可靠、順利完成。

［1］ 阿爾斯通.湖北白蓮河抽水蓄能電站雙機(jī)甩負(fù)荷過渡過程調(diào)節(jié)保證計(jì)算書［R］.阿爾斯通，2010.

［2］ 武漢大學(xué).湖北白蓮河抽水蓄能電站雙機(jī)調(diào)試過渡過程計(jì)算與研究報(bào)告［R］.武漢：武漢大學(xué)，2010.

［3］ 湖北中興電力試驗(yàn)研究有限公司.湖北白蓮河抽水蓄能電站雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)報(bào)告 ［R］.湖北中興電力試驗(yàn)研究有限公司，2010.