淺析蒲石河抽水蓄能電站機組泵工況造壓試驗

梁睿光，陶迎新，溫占營，陳　鵬（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

淺析蒲石河抽水蓄能電站機組泵工況造壓試驗

梁睿光，陶迎新，溫占營，陳鵬
（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

摘要：簡要介紹了蓄能機組泵工況造壓的原理和方法,分析了蒲石河抽水蓄能電站機組泵工況造壓過程及試驗結(jié)果。以工程實例說明機組導葉開啟時間的判別方法及調(diào)試試驗中應該注意的問題。

關鍵詞：泵工況；造壓；濺水功率

1　概述

蒲石河抽水蓄能電站安裝4臺300MW可逆式水泵水輪機組，由Alstom和哈爾濱電機廠設計制造。機組在空氣中旋轉(zhuǎn)時吸收功率小于7.4MW，水泵工況零流量時吸收功率小于103MW，壓水充氣空間體積30m3。電站上水庫無天然來水，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。因此，要求首臺機組能夠以泵工況運行，不僅可以節(jié)省為上庫引水需要的投資，并能保證機組發(fā)電工況調(diào)試時避免在低水頭運行。

機組水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水時，需要轉(zhuǎn)輪對水體產(chǎn)生出平衡上游水頭的水壓即造壓，且轉(zhuǎn)輪室氣體過多，導葉開啟時會造成較大壓力脈動，對機組運行將產(chǎn)生較大影響或者傷害。由于壓力脈動的緣故，氣體是否排除干凈，僅通過尾水水位變送器難以準確判斷，通常采取機組零流量造壓試驗來判斷轉(zhuǎn)輪與導葉間壓力，確定導葉開啟時間。

從蒲石河抽水蓄能電站4號機組多次的造壓試驗來看，作為機組水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水運行的前提條件，機組泵工況造壓試驗中轉(zhuǎn)輪與導葉間水建壓成功、機組吸收有功功率滿足濺水功率條件是該工況轉(zhuǎn)換成功的關鍵。

2　水泵造壓的原理和方法

SFC拖動機組至水泵調(diào)相工況運行。將機組控制方式切至單步，執(zhí)行排氣進水子流程，關閉轉(zhuǎn)輪室補氣回路，開啟轉(zhuǎn)輪室回水排氣閥和主進水閥，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)水位上升，水泵造壓，轉(zhuǎn)輪和導葉間的壓力快速升高，先出現(xiàn)較大的壓力脈動，后壓力脈動減小。當壓力從最大值下降后，跳開機組出口開關和關閉主進水閥，機組慢速下降停機。轉(zhuǎn)輪和導葉間的壓力見圖1中曲線a，如導葉在A點開啟，則可避開大的壓力脈動，壓力過程線將變?yōu)榍€b。當然A點不能太提前，否則水泵壓力不夠，易造成反流和大的沖擊。試驗過程中導葉始終關閉。

圖1水泵造壓過程

零流量造壓試驗時，錄制整個過程曲線和記錄有關參數(shù)，根據(jù)試驗結(jié)果確定最優(yōu)導葉開啟速度，以及用以下方法確定導葉開啟時刻（A點）：

（1）轉(zhuǎn)輪與導葉間壓力達到某一數(shù)值；

（2）排氣完畢，排氣閥關閉位置觸點閉合；

（3）排氣閥開啟后的一定延時；

（4）也可根據(jù)濺水功率來確定A點，見下頁圖2。

造壓過程中，機組吸收有功功率的增加伴隨著轉(zhuǎn)輪與導葉間壓力的升高，多將濺水功率作為導葉開啟的另一重要判據(jù)。

圖2水泵造壓與機組吸收功率原理圖

3　造壓試驗過程和導葉開啟時刻確定

3.1造壓試驗的過程分析

2011年10月25日，蒲石河電站4號機組完成首次造壓試驗，錄取的主要參數(shù)波形見圖3。

以開啟排氣閥后100s時刻為0，13s后轉(zhuǎn)輪下水位開始上升；21s后水位上升剛接觸轉(zhuǎn)輪，頂蓋、轉(zhuǎn)輪與導葉之間壓力迅速增加；46s后尾水管水位上升至整個轉(zhuǎn)輪室，機組振動強烈、噪音較大，轉(zhuǎn)輪與導葉間壓力達到P=47bar，機組吸收有功功率至P=﹣65MW；96s后手動電氣跳機。排氣時間約33s。根據(jù)試驗結(jié)果，初步確定采取壓力或濺水功率兩種判據(jù)確定導葉開啟時刻：圖3中A點為轉(zhuǎn)輪與導葉之間水壓P>25bar或機組有功功率P<-40MW時刻，當監(jiān)控收到”主進水閥開啟至40%開度“信號反饋后，發(fā)出開啟導葉令。

顯而易見，圖3中，以轉(zhuǎn)輪與導葉間壓力P>25bar確定的A點比以機組有功功率P<﹣40MW確定的A點提前約15s，而這期間轉(zhuǎn)輪室排氣尚未結(jié)束，尾水水位時而較高與轉(zhuǎn)輪相接觸，時而較低離開轉(zhuǎn)輪，造成較大的壓力脈動和機組有功功率的波動，不適合開啟導葉。

圖3蒲石河4號機泵工況首次造壓試驗

3.2導葉開啟時刻判據(jù)檢驗

恢復機組零流量造壓試驗對導葉所作的措施后，監(jiān)控選擇機組水泵調(diào)相轉(zhuǎn)水泵工況運行，檢驗壓力和功率判據(jù)。錄取的主要參數(shù)波形見下頁圖4。

導葉按整定的開度曲線開啟至47%開度穩(wěn)定，而機組吸收有功功率在-60～-80MW之間波動，沒有達到預期的滿負荷抽水工況運行目的。分析圖4中各主要參數(shù)曲線，轉(zhuǎn)輪回水排氣的時間過短，僅有20s，無法滿足機組回水造壓要求，致使轉(zhuǎn)輪反復打水又抽空，出現(xiàn)上述現(xiàn)象。同時，導葉的開啟條件中，造壓功率和轉(zhuǎn)輪與導葉間水壓力“或”門開出是不合理的，因為轉(zhuǎn)輪回水排氣開始后不久，轉(zhuǎn)輪與導葉間水壓力判據(jù)滿足（A點時刻），監(jiān)控發(fā)出關閉排氣閥，尾水水位上下攪動，且當主進水閥40%開度信號復歸后，到達時間B導葉開啟，但此時轉(zhuǎn)輪室內(nèi)還有大量的氣體沒有排出，所以造成導葉開啟過早濺水功率并不滿足，機組吸收有功并沒有增加。

調(diào)試人員現(xiàn)場觀察尾水錐管旁安裝的水位計再次驗證：磁翻板來回浮動，轉(zhuǎn)輪回水排氣管路未聽到水聲，排氣閥即已關閉，機組振動偏大。說明機組抽水工況運行時吸收有功不能上升的根本原因為氣體未全排出轉(zhuǎn)輪室，而導葉開啟時刻過早。

圖4水泵調(diào)相轉(zhuǎn)水泵工況導葉開啟時間

3.3導葉開啟時刻判據(jù)優(yōu)化

多次試驗后，去掉水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水流程中的壓力判據(jù)，使用濺水功率P﹥-40MW后設置15s延時關閉排氣閥后開啟導葉，工況轉(zhuǎn)換成功，機組運行正常。導葉開啟時刻邏輯：轉(zhuǎn)輪下尾水水位＜300mm&機組有功功率P＜-40MW&延時15s關閉排氣閥&收到主進水閥40%開度信號反饋。

在機組以后的試驗和試運行中，由于機組滿足濺水功率10s或15s延時后關閉排氣閥時主要參數(shù)無差別，后將此延時縮短至10s。

4　調(diào)試試驗中的注意事項

（1）試驗前首先確保機組電氣、機械停機流程正確，緊急停機按鈕正常。

（2）對于首次泵工況造壓試驗，首先確保整個試驗過程中導葉始終在“全關”位，機組零流量。

（3）排氣時，監(jiān)視尾水管水位的上升和監(jiān)視導葉轉(zhuǎn)輪間的壓力，記錄排氣閥的開啟時間并結(jié)合排氣閥的固有開啟耗時，根據(jù)實際情況優(yōu)化排氣過程。

（4）記錄濺水功率。部分電站設置獨立于監(jiān)控系統(tǒng)的濺水功率保護，回水排氣過程中若濺水功率不動作，閉鎖導葉開啟。

（5）逐步開啟導葉，從零流量過渡到抽水工況時，錄取以下參數(shù)數(shù)據(jù)和波形圖：

①導葉開啟時間和開啟速度；

②發(fā)電/電動機的吸收功率；

③導葉與轉(zhuǎn)輪間壓力及壓力脈動；

④蝸殼壓力或鋼管壓力；

⑤尾水管壓力；

⑥導葉開度或接力器行程；

⑦水泵流量。

（6）工況轉(zhuǎn)換過程中，同時測量機組上、下機架、頂蓋或軸承支架振動及主軸擺度。

（7）根據(jù)錄取的數(shù)據(jù)和試驗時機組的揚程，修正導葉開啟規(guī)律，優(yōu)化從零流量到抽水工況過程參數(shù)。

（8）在導葉開啟過程中，嚴密監(jiān)視繼電保護工作情況，監(jiān)視和測錄調(diào)速器實際運行參數(shù)。

5　結(jié)語

通常，在機組水泵調(diào)相工況并網(wǎng)同時或稍后，立即開啟排氣閥并進行造壓抽水，如在并網(wǎng)前造壓，由于輸入功率突然增大，變頻器容量不足，致使并網(wǎng)失敗。在并網(wǎng)瞬間，導葉開度不大，輸入功率也不大，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生過大的突然沖擊，但振動和噪聲很大。隨著導葉按事先整定的規(guī)律開到最優(yōu)工況，輸入功率增大，振動和噪聲反而減小，因為愈接近最優(yōu)工況，振動和噪聲愈小。

由于抽水蓄能電站工況轉(zhuǎn)換頻繁，在機組由水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程中，往往因為濺水功率較低、造壓不足等因素導致工況轉(zhuǎn)換失敗，在選擇壓力判據(jù)或者濺水功率判據(jù)時，應以機組多次試驗數(shù)據(jù)來優(yōu)化選擇，確定導葉開啟時刻。

中圖分類號：TV743

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）03-0021-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.006

收稿日期：2014-11-13

作者簡介：梁睿光（1986-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站運行工作。