古城電站分段關(guān)閉裝置轉(zhuǎn)換為節(jié)流閥方案及其應(yīng)用

白 奎 明，　趙 劍 華

(華能四川涪江水電有限責(zé)任公司，四川 成都　610041)

古城電站分段關(guān)閉裝置轉(zhuǎn)換為節(jié)流閥方案及其應(yīng)用

白 奎 明，趙 劍 華

(華能四川涪江水電有限責(zé)任公司，四川 成都610041)

摘要：介紹了古城電站投產(chǎn)時(shí)引水系統(tǒng)調(diào)壓室水壓波動(dòng)情況及原因分析，在對調(diào)壓井增加了阻抗孔后仍存在甩負(fù)荷時(shí)壓力鋼管水壓超限的問題。通過采用調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉拐點(diǎn)提升到100%的方案，最終圓滿地解決了古城電站機(jī)組正常發(fā)電的技術(shù)難題，對相關(guān)電站處理類似事件具有指導(dǎo)意義及科研推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：古城電站；調(diào)壓室；水壓波動(dòng)；托馬斷面；分段關(guān)閉；甩負(fù)荷試驗(yàn)

1概述

涪江公司目前已投產(chǎn)生產(chǎn)電站7座，總裝機(jī)容量為569 MW。其中古城電站裝機(jī)容量為2×50 MW，水庫正常蓄水位高程845.5 m，死水位高程842.5 m，額定水頭46 m；引 水 隧 洞 全 長6 901 m，調(diào)壓室前壓力引水道長6 901 m，平均縱坡i=3.318‰，引水道斷面為圓形，內(nèi)徑9.5 m，全線采用鋼筋混凝土襯砌，設(shè)計(jì)引用流量為247 m3/s，多年平均年發(fā)電量4.025億kW·h。古城電站于2010年12月15日正式開工，2013年12月下閘蓄水，2014年1月4日正式投入商業(yè)運(yùn)行。

2問題的提出

在該電站機(jī)組調(diào)試及試運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)引水系統(tǒng)水壓存在不穩(wěn)定的波動(dòng)，尤以開停機(jī)及負(fù)荷調(diào)整時(shí)特別明顯，水壓波動(dòng)自蝸殼一直延續(xù)到閘首取水口，幅值趨勢為逐步減小，波動(dòng)周期為6～8 min，蝸殼水壓振幅最大達(dá)20 m(圖1)。針對該問題，公司組織技術(shù)人員進(jìn)行了多次分析，認(rèn)為其原因?yàn)椋?1)為了保證調(diào)壓室至廠房處的邊坡安全、節(jié)約工程投資、降低施工難度，根據(jù)調(diào)壓室設(shè)置位置處的地形地質(zhì)條件，調(diào)壓室采用僅設(shè)置上室的水室式方案，但實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)表明調(diào)壓室型式的選擇與布置不合理：(2)從簡單式調(diào)壓室角度看，豎井截面積與設(shè)計(jì)規(guī)范相比僅占托馬穩(wěn)定值的20%，偏差太大；(3)若以差動(dòng)式調(diào)壓室原理看，其未設(shè)阻抗孔。

圖1　機(jī)組全停、蝶閥全關(guān)后引水隧洞水壓壓力波動(dòng)圖

為了補(bǔ)救，設(shè)計(jì)院提出了“增設(shè)阻抗孔+擴(kuò)挖調(diào)壓井”方案。2014年，利用平武縣政府對庫區(qū)防滲堤進(jìn)行處理的機(jī)會(huì)對調(diào)壓井進(jìn)行了處理。由于調(diào)壓井?dāng)U挖需要工期較長，投資較多且受地理?xiàng)l件限制擴(kuò)挖調(diào)壓井會(huì)使邊坡變薄而危機(jī)廠房安全，為此，對古城電站調(diào)壓井采取了增設(shè)阻抗孔方案(阻抗孔孔口直徑D=4.25 m，孔面積為引水隧洞斷面積的20%)。在調(diào)壓井增設(shè)阻抗孔施工完成后進(jìn)行了機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖2。

圖2　1#機(jī)甩75%負(fù)荷時(shí)的波形圖

對圖2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：甩75%負(fù)荷時(shí)水壓最大上升值為0.71 MPa(壓力鋼管承受的安全壓力為0.9 MPa)，過速最大達(dá)121%。機(jī)組甩負(fù)荷后引水系統(tǒng)壓力嚴(yán)重超標(biāo)，不能滿足調(diào)保計(jì)算要求，機(jī)組發(fā)電出力受限。若想降低水壓上升率，機(jī)組轉(zhuǎn)速必然上升過大甚至飛車，致使水壓上升率和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率無法同時(shí)兼顧。增設(shè)阻抗孔后，引水隧洞的小波動(dòng)得到明顯改善，但引水系統(tǒng)水壓在甩負(fù)荷時(shí)鋼管段水壓嚴(yán)重超設(shè)計(jì)值，進(jìn)而引起水壓超限的安全問題使機(jī)組發(fā)電出力受限(單機(jī)最多帶37.5 MW 的負(fù)荷運(yùn)行)。

試驗(yàn)時(shí)同時(shí)發(fā)現(xiàn)：機(jī)組帶37.5 MW 負(fù)荷運(yùn)行、分段關(guān)閉拐點(diǎn)設(shè)置在導(dǎo)葉開度為40%時(shí)，甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉開度從61%關(guān)至40%的時(shí)間為0.85 s，第二段關(guān)閉時(shí)間為12.6 s。為了改變導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律，采取增大分段關(guān)閉拐點(diǎn)設(shè)置，可使蝸殼水壓上升率減小、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率增大，從而為研究分段關(guān)閉裝置拐點(diǎn)設(shè)置、解決機(jī)組帶滿負(fù)荷正常發(fā)電的難題提供了新思路。

3針對上述問題采取的措施

古城電站調(diào)速器采用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的SWT-2000雙微機(jī)雙冗余數(shù)字式電液調(diào)速器，主配壓閥采用南京南瑞集團(tuán)公司生產(chǎn)的ZFL-80閥，在液壓回路上設(shè)置有事故配壓閥、分段關(guān)閉裝置(兩段關(guān)閉)。古城電站采用的調(diào)速器液壓原理見圖3。

分段關(guān)閉裝置的改造：為實(shí)現(xiàn)通過控制導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)接力器開啟腔的回油速度來控制導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，經(jīng)查閱設(shè)計(jì)院調(diào)保計(jì)算數(shù)據(jù)得知：古城電站調(diào)速器系統(tǒng)采用導(dǎo)葉一段關(guān)閉(關(guān)閉時(shí)間整定為13.5～14.5 s)也能滿足調(diào)保計(jì)算的要求，從而為提升改造分段關(guān)閉拐點(diǎn)至100%、使其轉(zhuǎn)換成為節(jié)流閥控制油流速度進(jìn)而改變導(dǎo)葉關(guān)閉速度創(chuàng)造了改造條件。我們通過改變分段關(guān)閉裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將分段關(guān)閉裝置的第二段油路做為第一段使用(即分段關(guān)閉裝置在未投入時(shí)油路通過原第二段連接調(diào)速器主配與接力器)，再斷開分段關(guān)閉裝置切換電磁閥電源開關(guān)并將電磁閥線圈插頭拆出，使其成純機(jī)械裝置，線圈不帶電、不發(fā)熱，分段關(guān)閉裝置不再投入，同時(shí)避免了因線圈故障引起分段關(guān)閉裝置誤動(dòng)情況的發(fā)生。調(diào)整分段關(guān)閉裝置上的調(diào)節(jié)螺母，整定改造后的第一段關(guān)閉時(shí)間為13.5～14.5 s之間調(diào)保計(jì)算時(shí)間即可。

通過該方案的實(shí)施，在逐漸增加負(fù)荷進(jìn)行甩負(fù)荷試驗(yàn)，最終保證了在甩滿負(fù)荷時(shí)蝸殼水壓上升不超過設(shè)計(jì)值的同時(shí)能兼顧保證機(jī)組轉(zhuǎn)速在145%ne以內(nèi)。2 F機(jī)甩負(fù)荷數(shù)據(jù)見圖4。

圖3　古城電站采用的調(diào)速器液壓原理圖

圖4　雙機(jī)甩滿負(fù)荷時(shí)錄制的2F機(jī)組技術(shù)參數(shù)波形曲線圖

1F、2F機(jī)滿負(fù)荷時(shí)模擬故障甩滿負(fù)荷，2F機(jī)組導(dǎo)葉開度為85.84%，導(dǎo)葉關(guān)閉至零的時(shí)間為10.88 s(折算至全行程關(guān)閉時(shí)間為12.7 s)，蝸殼進(jìn)口壓力為0.73 MPa，蝴蝶閥前的壓力為0.76 MPa(壓力鋼管承受的安全壓力為0.9 MPa)，最大頻率為69.8 Hz(轉(zhuǎn)速升高率為39.6%)，滿足設(shè)計(jì)安全值要求。

通過采用將分段關(guān)閉拐點(diǎn)提升到100%的方案，開創(chuàng)性地將分段關(guān)閉裝置功能轉(zhuǎn)換為節(jié)流閥功能，使導(dǎo)葉關(guān)閉速度可控。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，終于使古城電站機(jī)組甩100%負(fù)荷的試驗(yàn)結(jié)果滿足調(diào)保計(jì)算的要求，從而不需要再采取擴(kuò)挖調(diào)壓井的方案，圓滿地解決了古城電站機(jī)組不能滿負(fù)荷正常發(fā)電的技術(shù)難題。

4結(jié)語

對于類似古城電站引水隧洞長、流量大、水頭低，修建直徑44.5 m圓斷面的調(diào)壓室，不僅工程量大，施工困難，而且對調(diào)壓室至廠房段的邊坡穩(wěn)定不利，需要較大的防護(hù)加固工程量。古城電站通過實(shí)施將分段關(guān)閉拐點(diǎn)提升到100%的方案，開創(chuàng)性地將分段關(guān)閉裝置功能轉(zhuǎn)換為節(jié)流閥功能，使導(dǎo)葉關(guān)閉速度可控，幾乎不花任何成本就能解決引水系統(tǒng)水壓不穩(wěn)或波動(dòng)太大的問題，打破了托馬條件的約束且大幅度減小了調(diào)壓室面積、減少了工程投資；同時(shí)，也探索并解決了已建成電站由于托馬斷面不足等原因引起的引水系統(tǒng)水壓不穩(wěn)或波動(dòng)問題，進(jìn)而為電力安全生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

收稿日期:2015-08-12

中圖分類號(hào):TV7;TV737;TV738;TV735

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1001-2184(2016)03-0095-03

作者簡介:

白奎明(1974-)，男，四川廣安人，副主任(主持工作)，高級工程師，從事水電廠安全生產(chǎn)及技術(shù)管理工作；

趙劍華(1983-)，男，四川冕寧人，工程師，學(xué)士，從事水電廠技術(shù)管理及生產(chǎn)維護(hù)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)