淺析高水頭大容量蓄能機(jī)組主閥尾閘閉鎖控制

周正勇

（中國南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司廣州蓄能水電廠，廣東 廣州510950）

1 引言

抽水蓄能機(jī)組是一種啟動快、負(fù)荷跟蹤迅速和快速反應(yīng)的特殊電源，具有發(fā)電、調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用、事故備用和黑啟動等多種功能，已成為我國電力系統(tǒng)的一個重要組成部分。抽水蓄能機(jī)組在抽水工況時，機(jī)組要求較低的安裝高程，當(dāng)前多數(shù)蓄能機(jī)組采用地下式廠房，每臺機(jī)組水泵水輪機(jī)蝸殼與引水系統(tǒng)壓力管道之間設(shè)置主進(jìn)水閥（簡稱主閥），尾水管與尾水隧洞之間設(shè)置尾水事故閘門（簡稱尾閘）。在保證地下廠房機(jī)組設(shè)備、洞室群安全方面主閥與尾閘發(fā)揮著重要作用。

2 抽水蓄能機(jī)組主閥與尾閘閉鎖的重要性

主閥主要作用：機(jī)組發(fā)生故障時，迅速關(guān)閉球閥切斷水流，防止飛逸事故發(fā)生；機(jī)組檢修時主閥關(guān)閉，隔離機(jī)組與上游壓力水源，保證檢修安全，不影響其他機(jī)組的正常運(yùn)行；停機(jī)時減小機(jī)組漏水量和縮短重新啟動時間；用做未投產(chǎn)機(jī)組壓力鋼管的堵頭防止水淹廠房。主閥的形式有蝶閥、球形閥，通常采用液壓操作方式。蝶閥常用于200 m以下水頭，球閥常用于200 m以上水頭，當(dāng)前運(yùn)行、建設(shè)中的蓄能機(jī)組多數(shù)為高水頭，以使用球閥為主，通常采用液壓操作方式。

尾閘主要作用：當(dāng)廠房內(nèi)發(fā)生緊急事故時通過關(guān)閉尾水閘門切斷下游來水，防止水淹廠房發(fā)生或事故擴(kuò)大；機(jī)組檢修時關(guān)閉尾閘可隔離機(jī)組與下游壓力水源，保證檢修安全，不影響其他機(jī)組的正常運(yùn)行；尾閘正常情況下保持開啟狀態(tài)，確保機(jī)組過水道暢通。尾閘常采用平板式閘門，用于承受來自下庫方向的水壓，屬低壓閘門，當(dāng)前運(yùn)行、建設(shè)中的蓄能機(jī)組多采用液壓操作控制閘門。

尾水事故閘門按擋下庫水壓來設(shè)計，不能承受來自上游的水壓。因此，尾閘的操作必須是在主進(jìn)水閥關(guān)閉的狀態(tài)下進(jìn)行，要防止尾閘關(guān)閉時誤開主閥或主閥開啟時誤關(guān)尾閘而壓垮尾水事故閘門，導(dǎo)致水淹廠房發(fā)生。為保證地下廠房、機(jī)組設(shè)備、洞室群的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要主閥與尾閘設(shè)置閉鎖關(guān)系：主閥開啟閉鎖尾閘關(guān)閉，尾閘關(guān)閉閉鎖主閥開啟。且國家電網(wǎng)發(fā)布的《水電廠重大反事故措施》中提到，抽水蓄能機(jī)組和尾閘可自動控制的常規(guī)機(jī)組，主進(jìn)水閥與尾閘應(yīng)有主進(jìn)水閥全關(guān)后尾閘方可關(guān)閉，尾閘全開后主進(jìn)水閥方可開啟的閉鎖關(guān)系。

3 主閥與尾閘閉鎖控制方法簡介

3.1 主閥與尾閘液壓閉鎖簡介

當(dāng)前多數(shù)高水頭蓄能機(jī)組主閥與尾閘采用液壓操作方式。

主閥開啟閉鎖尾閘關(guān)閉功能的實現(xiàn)如圖1所示：當(dāng)主閥處于非全關(guān)狀態(tài)時，主閥操作機(jī)構(gòu)或部件隨主閥閥芯旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生位移，使尾閘液壓方向控制閥切換，從而切斷尾閘接力器開啟腔排油，閉鎖尾閘關(guān)閉；當(dāng)主閥關(guān)閉時，尾閘液壓方向控制閥切換，接通尾閘接力器開啟腔排油，解除尾閘關(guān)閉液壓閉鎖條件。

圖1 主閥開啟閉鎖尾閘關(guān)閉

尾閘關(guān)閉閉鎖主閥開啟功能的實現(xiàn)如圖2所示：當(dāng)尾閘處于非全開狀態(tài)或出現(xiàn)一定位移的下滑時，尾閘操作機(jī)構(gòu)或部件伴隨閘門產(chǎn)生位移，使主閥液壓方向控制閥切換，從而切斷主閥接力器開啟腔壓力油，閉鎖主閥開啟；當(dāng)尾閘全開時，主閥液壓方向控制閥切換，接通主閥接力器開啟腔壓力油，解除主閥開啟液壓閉鎖條件。

圖2 尾閥關(guān)閉閉鎖主閥開啟

注意：①液壓方向控制閥可采用彈簧復(fù)位式，主閥或尾閘動作后，方向控制閥在彈簧作用下可以自動切換液壓回路；②主閥與尾閘的開啟或關(guān)閉除了滿足相互之間閉鎖條件外，還要滿足自身的閉鎖條件；③當(dāng)機(jī)組主閥、尾閘等設(shè)備及其相關(guān)系統(tǒng)經(jīng)過檢修、零部件更換、周期運(yùn)行后，需要對主閥尾閘液壓閉鎖功能進(jìn)行功能試驗，以檢驗是否滿足正常運(yùn)行要求，同時有利于提前發(fā)現(xiàn)缺陷，避免帶缺陷運(yùn)行。

3.2 主閥與尾閘電氣閉鎖簡介

主閥開啟閉鎖尾閘關(guān)閉功能的實現(xiàn)如圖3左所示：當(dāng)主閥處于非全關(guān)狀態(tài)時，其位置開關(guān)節(jié)點由閉合變?yōu)閿嚅_，使尾閘關(guān)閉回路繼電器無法勵磁，實現(xiàn)主閥開啟閉鎖尾閘關(guān)閉功能。

尾閘關(guān)閉閉鎖主閥開啟功能的實現(xiàn)如圖3右所示：當(dāng)尾閘處于非全開狀態(tài)或出現(xiàn)一定位移的下滑時，其位置開關(guān)節(jié)點由閉合變?yōu)閿嚅_，使主閥開啟回路繼電器無法勵磁，實現(xiàn)尾閘關(guān)閉閉鎖主閥開啟功能。

圖3 電氣閉鎖回路

注意：①為提高安全性，可采取冗余閉鎖條件。如主閥開啟閉鎖尾閘關(guān)閉功能中可采用主閥全關(guān)接點和主閥工作密封投入接點串聯(lián)，實現(xiàn)冗余閉鎖；尾閘關(guān)閉閉鎖主閥開啟功能中可采用尾閘全開接點和鎖定投入接點串聯(lián)，實現(xiàn)冗余閉鎖；在設(shè)備不同部位設(shè)置反映相同動作的位置信號。②主閥與尾閘命令包括遠(yuǎn)方命令和現(xiàn)地命令。③為確保主閥尾閘動作正確，要確保直流電源的可靠性。④電氣控制回路運(yùn)用中要做好定檢、檢查、功能試驗，確保運(yùn)行的可靠性。

3.3 主閥與尾閘自動化閉鎖簡介

自動化閉鎖主要是通過軟件中的控制程序?qū)崿F(xiàn)閉鎖。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制程序和主閥尾閘現(xiàn)地控制程序中應(yīng)有與電氣閉鎖類似的閉鎖條件。

本著安全的原則，緊急情況下，當(dāng)尾閘意外關(guān)閉時應(yīng)觸發(fā)緊急關(guān)閉主閥，防止上游壓力水源損壞尾閘。當(dāng)尾閘下滑至一定位置時，相應(yīng)開關(guān)量信號動作并傳送至計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制程序和主閥現(xiàn)地控制程序，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行邏輯判斷后發(fā)出關(guān)閉主閥命令，確保設(shè)備安全。

注意：①實際運(yùn)用中，有的電廠采用尾閘全關(guān)信號丟失直接觸發(fā)緊急關(guān)閉主閥，是不合理的。主閥或?qū)~打開時水流沖擊可能導(dǎo)致尾閘全開信號抖動，觸發(fā)關(guān)閉主閥增加了誤動的可能性。所以采用下滑至一定位置，相應(yīng)開關(guān)量信號動作后再觸發(fā)關(guān)閉主閥大大降低了誤動的可能性。②運(yùn)用中也可將尾閘開度信號以模擬量送至監(jiān)控系統(tǒng)，且尾閘下降信號設(shè)置為兩級，一級發(fā)出聲光報警，二級動作關(guān)主閥；或采用多種信號同時參與的程序控制，只有當(dāng)閘門鎖定投入信號與全開位置信號丟失、開度模擬量滿足時，動作關(guān)主閥。③為避免信號抖動導(dǎo)致誤發(fā)報警，可采用在控制程序中增加一定延時。④對于液壓操作的尾閘，可設(shè)置自動重提功能。尾閘輕微下滑時，通過自動重提實現(xiàn)尾閘全開；若自動重提失敗繼續(xù)下滑至相應(yīng)位置時觸發(fā)關(guān)閉主閥。

4 結(jié)束語

主閥與尾閘對于保護(hù)抽水蓄能電站地下室廠房安全，以及在機(jī)組正常運(yùn)行及緊急事故處置中均發(fā)揮著重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、機(jī)組制造水平的不斷提高，高水頭、大容量可逆式機(jī)組的應(yīng)用會越來越廣泛，主閥與尾閘的可靠閉鎖顯得尤為重要。設(shè)置原理不同、相互獨立、功能相同的閉鎖邏輯可以達(dá)到確保安全的目的。希望本文能為在建、已投運(yùn)的蓄能機(jī)組設(shè)計與技改提供參考。