抽水蓄能電站一洞多機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)探討

韓伶俐，王臘芬

（水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市西城區(qū) 100120）

抽水蓄能電站一洞多機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)探討

韓伶俐，王臘芬

（水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京市西城區(qū) 100120）

對(duì)于一管多機(jī)輸水方式布置的水電站，同一輸水系統(tǒng)中各臺(tái)機(jī)組是否進(jìn)行同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)一直存在爭(zhēng)議。本文介紹了相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，以及現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的意義，探討了一管多機(jī)布置方式水電站進(jìn)行同一壓力鋼管機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)的利弊，并給出了建議。

水電站；一管多機(jī)；調(diào)節(jié)保證；甩負(fù)荷

0 引言

水電站的過(guò)渡過(guò)程是關(guān)系到電站安全和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，水電站機(jī)組及附屬設(shè)備的事故，大多是在過(guò)渡過(guò)程中發(fā)生的，此時(shí)機(jī)組進(jìn)入異常的過(guò)速和制動(dòng)工況，系統(tǒng)中產(chǎn)生的動(dòng)負(fù)荷大，水流的不穩(wěn)定性增高，引起強(qiáng)烈的壓力脈動(dòng)、振動(dòng)和水擊，影響機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

甩負(fù)荷試驗(yàn)是對(duì)輸水發(fā)電系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的重要檢驗(yàn)方式之一。對(duì)于采用一管多機(jī)輸水方式布置的電站，同一輸水系統(tǒng)中多臺(tái)機(jī)組是否進(jìn)行同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)一直存在爭(zhēng)議。反對(duì)做同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)的理由之一，同一輸水系統(tǒng)中多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷對(duì)機(jī)組及水道系統(tǒng)可能產(chǎn)生破壞，且多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷的概率較低。同一輸水系統(tǒng)中多臺(tái)機(jī)組是否進(jìn)行同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，到目前為止，機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程和相關(guān)的規(guī)范尚未對(duì)此進(jìn)行明確。

1 相關(guān)規(guī)范和規(guī)定對(duì)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)的要求

1.1 《水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)專題報(bào)告編制暫行規(guī)定》

《水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)專題報(bào)告編制暫行規(guī)定》中規(guī)定調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)專題報(bào)告應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)甩負(fù)荷試驗(yàn)方式提出要求，現(xiàn)場(chǎng)甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)在設(shè)計(jì)工況范圍內(nèi)進(jìn)行。暫行規(guī)定中定義的調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)工況為在電站正常運(yùn)用范圍內(nèi)不利的水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算邊界條件下，電站正常運(yùn)用（包括開停機(jī)、增減負(fù)荷、正常工況轉(zhuǎn)換以及穩(wěn)定運(yùn)行等狀態(tài)）或正常運(yùn)用時(shí)考慮一個(gè)偶發(fā)事件（設(shè)備故障、電力系統(tǒng)故障等）引起的過(guò)渡工況。

1.2 《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 507—2014）

DL/T 507—2014規(guī)定：機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)在額定負(fù)荷的25%、50%、75%和100%下分別進(jìn)行，若受電站運(yùn)行水頭或電力系統(tǒng)條件限制，機(jī)組不能按上述要求帶、甩額定負(fù)荷時(shí)，可根據(jù)當(dāng)時(shí)條件對(duì)甩負(fù)荷試驗(yàn)次數(shù)與數(shù)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最后一次甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)在所允許的最大負(fù)荷下進(jìn)行。而因故未能進(jìn)行的帶、甩額定負(fù)荷試驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)在以后條件具備時(shí)完成。

對(duì)長(zhǎng)引水隧洞和長(zhǎng)尾水洞的機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)，兩次甩負(fù)荷試驗(yàn)間隔時(shí)間應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

機(jī)組為非單元引水輸水方式布置的電站，同一引水系統(tǒng)中各臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)和對(duì)輸水系統(tǒng)的考核應(yīng)綜合考慮，多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)方式按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

1.3 《可逆式抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行規(guī)程》（GB/T 18482—2010）

GB/T 18482—2010規(guī)定：機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)在額定負(fù)荷的25%、50%、75%和100%下分別進(jìn)行。

機(jī)組為非單元引水輸水方式布置的電站，同一引水系統(tǒng)中各臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)和對(duì)輸水系統(tǒng)的考核應(yīng)綜合考慮，多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)方式按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。

1.4 《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》（GB/T 8564—2003）

GB 8564—2003規(guī)定：機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)，應(yīng)在額定負(fù)荷的25%、50%、75%、100%下分別進(jìn)行，并記錄有關(guān)參數(shù)值。

受電站水頭和電力系統(tǒng)條件限制，機(jī)組不能帶額定負(fù)載時(shí)，可按當(dāng)時(shí)條件在盡可能大的負(fù)載下進(jìn)行上述試驗(yàn)。

2 機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)意義

2.1 DL/T 507—2014規(guī)定的機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)與甩負(fù)荷試驗(yàn)檢查內(nèi)容

2.1.1 過(guò)速試驗(yàn)檢查內(nèi)容

機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行過(guò)速試驗(yàn)。過(guò)速試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)視并記錄機(jī)組各部位擺度和振動(dòng)值，記錄各部軸承的溫升情況及發(fā)電機(jī)空氣間隙的變化，監(jiān)視是否有異常響聲。過(guò)速試驗(yàn)停機(jī)后應(yīng)全面檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分有無(wú)松動(dòng)、移位或脫落，焊縫是否有開裂現(xiàn)象；檢查發(fā)電機(jī)定子基礎(chǔ)及上機(jī)架千斤頂?shù)臓顟B(tài)，發(fā)電機(jī)上下?lián)躏L(fēng)板、擋風(fēng)圈、導(dǎo)風(fēng)葉是否有松動(dòng)或斷裂；其他相關(guān)檢查。

2.1.2 甩負(fù)荷試驗(yàn)檢查內(nèi)容

機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)測(cè)量參數(shù)：機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度、導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間、接力器活塞往返次數(shù)、調(diào)速器調(diào)節(jié)時(shí)間、蝸殼實(shí)際壓力、真空破壞閥開啟時(shí)間、尾水管真空度、機(jī)組振動(dòng)和擺度值、調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)、轉(zhuǎn)輪葉片關(guān)閉時(shí)間及角度（僅轉(zhuǎn)槳式機(jī)組）、轉(zhuǎn)動(dòng)部分上抬量、上下游水位。

機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)錄制過(guò)渡過(guò)程的各種參數(shù)變化曲線及過(guò)程曲線，記錄各部位推力軸承和導(dǎo)軸承瓦溫的變化情況。機(jī)組甩25%額定負(fù)荷時(shí)，記錄接力器不動(dòng)時(shí)間。檢查并記錄真空破壞閥的動(dòng)作情況與大軸補(bǔ)氣情況。檢查水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能，校核導(dǎo)葉接力器緊急關(guān)閉時(shí)間、蝸殼水壓上升率、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率等，均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。在額定功率因數(shù)條件下，水輪發(fā)電機(jī)組突甩負(fù)荷時(shí)，檢查自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性和超調(diào)量是否符合規(guī)定。

對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)組甩負(fù)荷后，應(yīng)檢查調(diào)速系統(tǒng)的協(xié)聯(lián)關(guān)系和分段關(guān)閉的正確性，以及突然甩負(fù)荷引起的抬機(jī)情況。

2.2 機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)和甩負(fù)荷試驗(yàn)的意義

機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)和甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組進(jìn)入異常的過(guò)速和制動(dòng)工況，由此引起的機(jī)組振動(dòng)和擺度值遠(yuǎn)超正常運(yùn)行工況。

機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組活動(dòng)導(dǎo)葉處于小開度的工況，此時(shí)機(jī)組不輸出有功功率，導(dǎo)葉開度較小，水道系統(tǒng)流速較低，導(dǎo)葉關(guān)閉引起的水道系統(tǒng)水擊壓力較小。對(duì)常規(guī)電站，一般過(guò)速試驗(yàn)時(shí)的轉(zhuǎn)速高于機(jī)組甩負(fù)荷最大轉(zhuǎn)速上升值5%（絕對(duì)值），可以有效考核機(jī)組各部位擺度振動(dòng)值、發(fā)電機(jī)空氣間隙、轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度等。對(duì)于蓄能電站，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升時(shí)，水泵水輪機(jī)產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪過(guò)流能力明顯降低，機(jī)組轉(zhuǎn)速難以上升至設(shè)計(jì)規(guī)定值，因此GB/T 18482明確規(guī)定“具有明顯水泵水輪機(jī)‘S’特性的機(jī)組，以上述方法無(wú)法將機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至設(shè)計(jì)規(guī)定值時(shí)，過(guò)速試驗(yàn)對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的考驗(yàn)可用甩負(fù)荷試驗(yàn)替代”。

機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)葉開度大，水道系統(tǒng)流速高，導(dǎo)葉關(guān)閉引起的水道系統(tǒng)水擊壓力大，水流的不穩(wěn)定性增高，水道系統(tǒng)壓力急驟上升和下降，同時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，除考核機(jī)組各部位振動(dòng)擺度值、發(fā)電機(jī)空氣間隙、轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度外，還特別檢驗(yàn)導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律、水道系統(tǒng)及水輪機(jī)過(guò)流部件承壓能力、頂蓋振動(dòng)、調(diào)速器參數(shù)及調(diào)節(jié)性能等。

2.3 一管多機(jī)輸水系統(tǒng)單機(jī)甩負(fù)荷和多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷的差異

同一水道系統(tǒng)單機(jī)甩負(fù)荷和多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷，水道系統(tǒng)流速變化差異很大，導(dǎo)葉關(guān)閉引起的水道系統(tǒng)水擊壓力差異也很大，與一臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷工況相比，多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷工況蝸殼壓力上升和尾水管壓力下降更大，其次機(jī)組轉(zhuǎn)速上升也大一些，由此引起的機(jī)組振動(dòng)擺度更嚴(yán)重，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和承壓部件承受更為嚴(yán)格的考驗(yàn)。

以清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)為例，4臺(tái)機(jī)組不同組合工況機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)值見表1。

表1 清遠(yuǎn)蓄能電站機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)實(shí)測(cè)值Tab.1 Measured values of load rejection test of Qingyuan pumped storage power station

3 非單元引水輸水布置方式機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

3.1 非單元引水輸水布置方式

非單元引水輸水系統(tǒng)布置方式，首先要區(qū)分開的是一洞一室多管多機(jī)布置，還是一洞一室一管多機(jī)或一管多機(jī)布置。

一洞一室多管多機(jī)布置方式，通常是一條引水洞接一個(gè)調(diào)壓室，從調(diào)壓室向后，單管單機(jī)、單管二機(jī)，二管四機(jī)等布置方式，這種布置方式一根壓力鋼管最多接2臺(tái)機(jī)組，與一管多機(jī)布置方式有本質(zhì)上的差異。

一洞一室一管多機(jī)或一管多機(jī)布置，本文特指一根壓力鋼管接三臺(tái)及以上機(jī)組的布置方式。采用一管四機(jī)布置方式的國(guó)內(nèi)的抽水蓄能電站有：廣蓄一期、廣蓄二期、惠蓄一廠、惠蓄二廠、清遠(yuǎn)蓄能等。國(guó)外采用一洞一室一管多機(jī)布置的電站也較多，如英國(guó)的迪諾威克蓄能電站（一洞一室一管六機(jī)）和日本的奧美蓄能電站（一洞一室一管四機(jī)）等。

3.2 一洞一室多管多機(jī)布置方式機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

以一洞一室二管四機(jī)布置方式為例，機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)只進(jìn)行同一壓力管道上的2臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)就可以；同一調(diào)壓室的4臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷，雖然調(diào)節(jié)保證極值大于2臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷工況，但由于設(shè)置了調(diào)壓室，調(diào)壓室是自由水面，能反射和抑制水擊壓力，因此雖使調(diào)壓室涌浪幅度加大，但機(jī)組調(diào)節(jié)保證極值增加不多，只要調(diào)壓室設(shè)計(jì)高度和通氣面積足夠，調(diào)壓室涌浪幅度增加不會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)見的安全問(wèn)題。

3.3 一管多機(jī)布置方式機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

3.3.1 常規(guī)電站一管多機(jī)布置方式機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

近幾年新建的常規(guī)電站，一般過(guò)速試驗(yàn)時(shí)的轉(zhuǎn)速高于同一壓力管道機(jī)組全部甩負(fù)荷的最大轉(zhuǎn)速上升計(jì)算值，機(jī)組各部位擺度振動(dòng)值、發(fā)電機(jī)空氣間隙、轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度等通過(guò)過(guò)速試驗(yàn)可以得到有效考核。水輪機(jī)主要承壓部件如蝸殼、進(jìn)水閥，均按鋼制壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)，壓力鋼管的設(shè)計(jì)、制造均滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范要求，焊縫的檢測(cè)手段比較可靠。此外，進(jìn)水閥一般均進(jìn)行試驗(yàn)壓力不小于1.5倍設(shè)計(jì)壓力的水壓試驗(yàn)，部分電站蝸殼也進(jìn)行了1.5倍設(shè)計(jì)壓力的水壓試驗(yàn)，出現(xiàn)不可控制事故的可能性較小。

若水道設(shè)計(jì)不合理，輸水發(fā)電系統(tǒng)過(guò)長(zhǎng)而未設(shè)置調(diào)壓室，則機(jī)組甩負(fù)荷工況存在安全問(wèn)題。若尾水壓力管道過(guò)長(zhǎng)、水輪機(jī)安裝高程偏高，機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)尾水管和頂蓋部位可能會(huì)出現(xiàn)液注分離現(xiàn)象，發(fā)生強(qiáng)烈的反水錘，輕則導(dǎo)致機(jī)組頂蓋部位水壓反復(fù)震蕩，引起頂蓋振動(dòng)值偏大，還可能產(chǎn)生抬機(jī)破壞機(jī)組，更嚴(yán)重的可能發(fā)生頂蓋被強(qiáng)大的水壓頂開，出現(xiàn)水淹廠房等惡性事故。若上游側(cè)輸水發(fā)電系統(tǒng)過(guò)長(zhǎng)，蝸殼、進(jìn)水閥、壓力鋼管設(shè)計(jì)壓力偏小，沒有按同甩負(fù)荷的壓力上升值考慮，則同一壓力管道機(jī)組全部甩負(fù)荷時(shí)存在壓力管道等破壞的安全隱患。

對(duì)于常規(guī)電站，一管多機(jī)布置方式多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)對(duì)壓力管道、進(jìn)水閥、蝸殼、尾水管等過(guò)流部件的承壓能力可進(jìn)行有效考核，對(duì)機(jī)組頂蓋等過(guò)流部件的承壓能力和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度的考核意義則相對(duì)較小。如果單臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了調(diào)保計(jì)算值的準(zhǔn)確性，則機(jī)組調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值通常能滿足要求，一管多機(jī)布置方式電站進(jìn)行多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)意義有限。

3.3.2 抽水蓄能電站一管多機(jī)布置方式機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

對(duì)于蓄能電站，機(jī)組進(jìn)行過(guò)速試驗(yàn)時(shí)，水泵水輪機(jī)產(chǎn)生的離心力導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪過(guò)流能力明顯降低，機(jī)組轉(zhuǎn)速難以上升至設(shè)計(jì)規(guī)定值，通常蓄能電站機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速上升值僅110%～120%額定轉(zhuǎn)速，而機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)轉(zhuǎn)速上升值超過(guò)130%額定轉(zhuǎn)速，抽水蓄能電站機(jī)組過(guò)速試驗(yàn)時(shí)的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)低于機(jī)組甩負(fù)荷工況，機(jī)組各部位擺度振動(dòng)值、發(fā)電機(jī)空氣間隙、轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度等不能通過(guò)過(guò)速試驗(yàn)得到有效考核。

機(jī)組甩負(fù)荷過(guò)程中管道內(nèi)水擊壓力的產(chǎn)生來(lái)自流量變化。對(duì)常規(guī)水輪機(jī)，其流量變化基本取決于導(dǎo)葉開度的變化。對(duì)可逆式水泵水輪機(jī)，其流量受導(dǎo)葉開度和機(jī)組轉(zhuǎn)速的雙重影響。可逆式機(jī)組轉(zhuǎn)速變化對(duì)水泵水輪機(jī)過(guò)流量影響較大，特別對(duì)于高水頭/揚(yáng)程的可逆式水泵水輪機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，離心力急劇加大，水泵水輪機(jī)流量和轉(zhuǎn)輪前后壓力將出現(xiàn)較大幅度的震蕩，從而引起蝸殼和尾水管內(nèi)較大的壓力脈動(dòng)。

可逆式機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉可采用先快后慢、先慢后快、導(dǎo)葉延時(shí)關(guān)閉等分段關(guān)閉規(guī)律。但無(wú)論導(dǎo)葉采用哪種關(guān)閉規(guī)律，由于導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間較長(zhǎng)，離心力導(dǎo)致的轉(zhuǎn)輪前（蝸殼、頂蓋等部件）后（尾水管）壓力急劇上升和下降已經(jīng)發(fā)生，機(jī)組頂蓋等部件承受的壓力較大。

采用一管多機(jī)布置方式的抽水蓄能電站，同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，對(duì)壓力管道、進(jìn)水閥、蝸殼、尾水管、頂蓋等過(guò)流部件的承壓能力和機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度均能進(jìn)行有效考核。

4 一管多機(jī)布置方式機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)幾點(diǎn)看法

4.1 一管多機(jī)布置方式機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷概率比單臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷低

單臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷概率較高，相關(guān)的任何一個(gè)設(shè)備或接入系統(tǒng)故障，都可能導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷。多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷的概率比較低，對(duì)一回出線的電站，一般電網(wǎng)故障或送出線路故障將導(dǎo)致機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷；對(duì)于采用一管多機(jī)布置方式、二回以上出線的電站，多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷概率相對(duì)較低。

4.2 同一壓力鋼管多機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷比單機(jī)甩負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)高

同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷與一臺(tái)機(jī)組甩負(fù)荷相比，上游過(guò)流部件承受更高的壓力上升或壓力下降，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升也有增加，由此引起的機(jī)組振動(dòng)擺度更嚴(yán)重，接近或超過(guò)機(jī)組和水道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工況。一管多機(jī)布置方式的蓄能電站，水力系統(tǒng)及機(jī)組的邊界條件更為復(fù)雜，數(shù)值模擬計(jì)算中機(jī)組模型全特性曲線數(shù)據(jù)、導(dǎo)葉開度與接力器行程關(guān)系曲線數(shù)據(jù)、機(jī)組模型與原型相似關(guān)系均可能存在一定的誤差，特別是水泵水輪機(jī)還存在某個(gè)區(qū)域的不穩(wěn)定工況，給調(diào)節(jié)保證計(jì)算的準(zhǔn)確性造成相當(dāng)?shù)碾y度。同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度、過(guò)流部件承壓能力均是更為嚴(yán)格的考驗(yàn)，機(jī)組出故障概率更大，是否需要進(jìn)行同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行充分的論證。

4.3 同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)可以防患于未然

同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，對(duì)水道系統(tǒng)、機(jī)組、電網(wǎng)有較大的沖擊，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，但這些風(fēng)險(xiǎn)是設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的，且風(fēng)險(xiǎn)是可控的。

4.3.1 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)最嚴(yán)重的工況是否滿足調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)要求

同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)之前，機(jī)組已進(jìn)行多次甩負(fù)荷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)工況的試驗(yàn)實(shí)測(cè)值和復(fù)核計(jì)算成果，可以充分驗(yàn)證機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算的準(zhǔn)確程度，分析各工況機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)相關(guān)參數(shù)和極值與調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果的關(guān)系，從而預(yù)測(cè)最嚴(yán)重的工況是否滿足調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)要求，以確保機(jī)組及水道安全。

4.3.2 采取適當(dāng)措施預(yù)防事故發(fā)生

分步試驗(yàn)過(guò)程可提前發(fā)現(xiàn)不符合調(diào)節(jié)保證計(jì)算的預(yù)期值并采取相應(yīng)措施（如蓄能機(jī)組壓力脈動(dòng)超過(guò)預(yù)期值，可增加壓力脈動(dòng)的修正值）；若甩負(fù)荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值裕量偏小，如轉(zhuǎn)速上升值小而蝸殼壓力很大或尾水真空度數(shù)值較大，可采用調(diào)整導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律、延長(zhǎng)導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間等措施解決，反之則采用縮短導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間等措施解決。對(duì)于轉(zhuǎn)速上升值和蝸殼壓力值均超過(guò)設(shè)計(jì)保證值時(shí)，則應(yīng)停止試驗(yàn)，分析原因，研究解決的辦法。

在采取調(diào)整導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律等措施后，根據(jù)試驗(yàn)和計(jì)算成果，判斷蝸殼壓力值或尾水管真空度可能超過(guò)設(shè)計(jì)值，可在上游水位較低或下游側(cè)水位較高時(shí)進(jìn)行甩滿負(fù)荷試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果復(fù)核上游正常蓄水位或下游低水位時(shí)，蝸殼壓力或尾水管真空度能否滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3.3 制定事故處置預(yù)案

試驗(yàn)前，電站將進(jìn)行充足的準(zhǔn)備工作，并制定事故處置預(yù)案，試驗(yàn)過(guò)程中若發(fā)生事故，現(xiàn)場(chǎng)人員將按事故處置預(yù)案，及時(shí)采取合適的措施，防止出現(xiàn)更大的事故。試驗(yàn)后停機(jī)檢查機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分和螺栓是否松動(dòng)，固定部分連接是否緊固，頂蓋螺栓是否出現(xiàn)松動(dòng)或變形，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理，可有效避免事故擴(kuò)大。

4.3.4 預(yù)防機(jī)組投運(yùn)后出現(xiàn)事故

試驗(yàn)時(shí)配有完善的測(cè)量、監(jiān)控儀器，儀器儀表均經(jīng)過(guò)率定，可有效分析試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的各種狀況，通過(guò)試驗(yàn)可為以后電站運(yùn)行提供有力的技術(shù)支撐。

4.4 同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)的意義

（1）雖然目前采用多種多樣的模擬數(shù)值計(jì)算分析軟件都可以對(duì)一管多機(jī)甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程預(yù)測(cè)計(jì)算，其成果可作為工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)參考。但實(shí)際的一管多機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷后的壓力波分布情況和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升仍有待試驗(yàn)時(shí)進(jìn)一步驗(yàn)證。

（2）及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝和輸水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題和隱患，工程建設(shè)各方均還在現(xiàn)場(chǎng)，問(wèn)題處理較投產(chǎn)運(yùn)行后要快捷。

（3）同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組若未進(jìn)行同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷的故障，需要對(duì)所有機(jī)組進(jìn)行細(xì)致全面的檢查，確認(rèn)無(wú)誤后再投入運(yùn)行。做過(guò)同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)之后，機(jī)組和流道經(jīng)受了全面考驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)類似的事故，根據(jù)安全監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)信息對(duì)相關(guān)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行檢查、處理，可不對(duì)所有機(jī)組、輸水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查。

（4）同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，對(duì)水道、機(jī)組、電氣設(shè)備、各輔助系統(tǒng)均進(jìn)行了全面考驗(yàn)，為電站機(jī)組實(shí)現(xiàn)全水頭、滿負(fù)荷方式運(yùn)行創(chuàng)造條件，提供有力的技術(shù)支撐，給機(jī)組更好地為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行服務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)要求，一管多機(jī)布置方式的電站，機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)方式按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。是否進(jìn)行同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)由工程設(shè)計(jì)單位提出要求，若工程設(shè)計(jì)單位經(jīng)分析論證，確認(rèn)同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷是校核工況，出現(xiàn)的概率極低，且工程設(shè)計(jì)單位和制造廠復(fù)核的機(jī)組調(diào)保設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)和合同要求，并得到業(yè)務(wù)主管部門認(rèn)可，則不必再進(jìn)行多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)。

（2）對(duì)于可逆式機(jī)組的抽水蓄能電站，若同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷工況屬設(shè)計(jì)工況，建議進(jìn)行多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)。

（3）對(duì)常規(guī)電站，即便只有一回出線，若已進(jìn)行較高轉(zhuǎn)速的過(guò)速試驗(yàn)和蝸殼水壓試驗(yàn)，且工程設(shè)計(jì)單位和制造廠復(fù)核的機(jī)組調(diào)保設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)能滿足設(shè)計(jì)和合同要求，并得到業(yè)務(wù)主管部門認(rèn)可，可不進(jìn)行多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)。

（4）同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組是否進(jìn)行多機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)應(yīng)充分聽取業(yè)主的意見，工程建設(shè)單位、工程設(shè)計(jì)單位和電力系統(tǒng)應(yīng)充分協(xié)商。進(jìn)行同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，在試驗(yàn)前應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備和應(yīng)急預(yù)案；對(duì)于不進(jìn)行同一壓力鋼管多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)的電站，應(yīng)在運(yùn)行規(guī)程中明確規(guī)定，運(yùn)行過(guò)程中若出現(xiàn)此類工況，機(jī)組不能立即投入運(yùn)行，在對(duì)機(jī)組和流道進(jìn)行安全檢查，并確認(rèn)無(wú)誤后才允許再次投入運(yùn)行。

（5）建議業(yè)務(wù)主管部門盡快完善相關(guān)規(guī)程規(guī)范的修訂，增強(qiáng)可操作性。

（6）同一輸水系統(tǒng)內(nèi)的多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)機(jī)組產(chǎn)生的壓力波在高壓輸水系統(tǒng)中傳播時(shí)產(chǎn)生干擾，壓力波可能相互疊加，也可能相互削弱。如果壓力波相互削弱，則對(duì)水力系統(tǒng)的安全有利，可降低同一鋼管內(nèi)的多臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷時(shí)的最大壓力上升值。如果壓力波相互疊加，則可能威脅水力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，給輸水系統(tǒng)帶來(lái)隱患。

同一輸水管道內(nèi)的多臺(tái)機(jī)組采用不同的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律，能使機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的壓力波峰互相削減，從而更容易滿足調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)的要求。建議對(duì)一管多機(jī)的輸水發(fā)電系統(tǒng)，開展各臺(tái)機(jī)組采用不同關(guān)閉規(guī)律的調(diào)節(jié)保證計(jì)算研究工作。

[1] 陳泓宇，汪志強(qiáng)，等.清遠(yuǎn)抽水蓄能電站三臺(tái)機(jī)組同甩負(fù)荷試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].水電與抽水蓄能，2016，2（5）.CHEN Hongyu，WANG Zhiqiang etal， Review of the Load Rejection Test of the Pumped Storage 3 Units Together in Qingyuan Pumped Storage Power Station， Hydropower and Pumped Storage，2016，2（5）.

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Discussion on Simultaneous Load Rejection Test of One Pumped Multi Station in Pumped Storage Power Station

HAN Lingli，WANG Lafen
(Planning and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Beijing 100120, China)

For a hydropower station which is arranged in a pipe with multiple machines， whether or not the unit is carried out at the same time， the load rejection test has been controversial.The article introduces the relevant regulations and requirements，the significance of load rejection test field unit， discusses the advantages and disadvantages of hydropower more than one machine layout of station of the same pressure pipe unit and load rejection test， and suggestions are given.

hydropower station； one tube multi machine；regulation guarantee

TV732.7

A

570.30

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.010

2016-10-23

2016-12-30

韓伶俐（1971—），女，教授級(jí)高級(jí)工程師。主要研究方向：水利水電工程水力機(jī)械專業(yè)的審查、咨詢、設(shè)計(jì)和研究工作。

王臘芬（1963—），女，高級(jí)工程師。主要研究方向：水利水電工程控制保護(hù)和通信專業(yè)的審查、咨詢、設(shè)計(jì)和研究工作。