余 華

(宜都市水利水電勘測設計院，湖北 宜都 443300)

水電站技術

毛家河水電站水輪機調壓方案比選

余 華

(宜都市水利水電勘測設計院，湖北 宜都 443300)

本文結合毛家河水電站實際情況，根據(jù)水輪機調壓閥流量與時間關系的假設，計算各工況下調節(jié)特性、流量與時間變化，機組最大壓力上升率和最大轉速上升率等參數(shù)，并對調壓井工程量及投資進行了估算，經過水輪機調壓閥和調壓井兩種方案比選，確定采用水輪機調壓閥方案經濟、合理。

毛家河水電站；調壓方案；比選

1 工程概述

毛家河水電站是一座混合式開發(fā)的水電站，水電站最大水頭111m，額定水頭97.5m，最小水頭75m，裝機2×4000kW。壓力引水隧洞末端接壓力鋼管，壓力鋼管主管長156m，管徑2.5m。采用Y形岔管，分岔角70°，單支管長度16m，管徑經漸變管變至1.5m后接通水輪機蝶閥。

2 水電站引水系統(tǒng)優(yōu)化背景

毛家河水電站調壓井初選地點，地質條件復雜多變，地形陡峭；限于地質、地形條件，其施工難度較大，且與廠房段引水壓力管道和廠房土建施工存在干擾和制約，優(yōu)化和調整引水系統(tǒng)方案對于減少投資、縮短工期十分必要。因此，毛家河水電站建設中提出采用水輪機調壓閥代替調壓井方案。

3 水電站調壓閥應用效果分析

隨著現(xiàn)代調速器技術不斷提升，國內水電站水輪機調壓閥在小型水電站中的應用經驗不斷豐富，水輪機調壓閥在水電站的應用日益廣泛。國內水電站使用水輪機調壓閥的案例見表1。

表1 國內使用調壓閥水電站情況

經實地調研，四川楊村、方家山等水電站調壓閥自運行以來每年甩15%以上的負荷或甩滿負荷達40余次，水輪機調壓閥均動作正常，未出現(xiàn)拒動事故，從國內調壓閥運行情況看，該設備運行安全可靠。

4 調壓閥工作原理

水電站運行中，當水輪發(fā)電機組出現(xiàn)甩負荷情況時，調速器自動控制水輪機快速關閉導葉，壓力管道內將會產生水壓，同時機組轉速將會上升。對于壓力引水管道較長的電站，改變導葉關閉時間，很難同時控制壓力和轉速上升值在允許范圍內。為此，通常采用設置調壓井或調壓閥等方法解決壓力和轉速上升問題，從而保證水電站安全有效運行。 全油壓控制型調壓閥工作原理是：負荷變化較小時，調壓閥不動作；甩較大負荷時，調壓閥開啟，同時導葉分段關閉裝置動作。調速器主配壓閥和調壓閥的液壓控制系統(tǒng)見圖1。

4.1 機組負荷不變時

水輪機調速器主配壓閥活塞兩側油壓平衡不動作，壓力油通過壓力腔經節(jié)流閥后進入調壓閥接力器關閉腔，調壓閥開啟腔聯(lián)通排油腔。因調壓閥關閉腔連接壓力油腔，壓力大于閥盤上的水推力，故調壓閥處于關閉位置。

4.2 導葉分段關閉裝置

當水輪機調壓閥快速開啟時，受節(jié)流閥的限制，油壓迅速升高，油壓逆止閥動作，調壓閥關閉腔的壓力油接通導葉接力器關閉油腔。多余的油量經節(jié)流閥流至調速器回油箱，故調壓閥開啟速度加快，移動至限位塊所限制的位置時間縮短，此時導葉接力器未處于全關位置。導葉剩余開度只能通過少量來自節(jié)流閥的壓力油操作緩慢移動至全關位置，從而起到導葉分兩段關閉的功能。

5 水電站調壓方案選定

水輪機調壓閥由平衡腔、接力器、引導油腔、活塞行程限制環(huán)、進排水管和補氣閥等組成，引導油腔直接與閥殼連成整體。水輪機調壓閥具有體積小、結構簡單等特點，具備導葉消能和補氣功能。操作油壓一般為1.60～4MPa，隨著調壓閥工作水頭的增加而提高，最高操作壓力為10MPa，與調速器液壓裝置配套使用。

圖1 主配壓閥和調壓閥的液壓控制系統(tǒng)

水輪機調壓閥的設置，不會影響機組間距和主廠房跨度，可與機組調速器、進水閥等布置統(tǒng)籌考慮。

經分析比較，毛家河水電站水輪機調壓方案為調壓閥代替調壓井，選用TFW-600/130型水輪機液壓調壓閥。

6 調壓閥工作特性分析

6.1 調壓閥的調節(jié)過程

TFW- 600/130型水輪機液壓調壓閥，現(xiàn)場校驗結果：調速器導葉慢關時間為9.30s，導葉快關時間為3.07s。水電站設置調壓閥后的調節(jié)特性、引水流量與時間的關系見圖2。

圖2 調壓閥調節(jié)特性、流量與時間關系

圖2中實線1為導葉快速關閉過程線；實線2為調壓閥拒動時導葉慢速關閉過程線；點劃線3為調壓閥開關全過程線。為控制水輪機轉速的升高，拐點流量Qg選擇在空載開度范圍內，以保證水輪機流道內沒有多余的能量滿足機組轉速繼續(xù)提升。

6.2 調節(jié)保證計算參數(shù)

調壓閥可將蝸殼壓力升高控制在安全范圍內，機組突遇甩負荷時，只有將蝸殼最大壓力升高率控制在20%以內，才能確保機組安全運行；由于引水式水電站存在水流慣性時間常數(shù)較大的問題，機組突增負荷和甩部分負荷時，應反復校核開機時間和引水管道壓力下降值是否控制在安全范圍內，以保證機組安全運行。調壓閥調保計算見表2。

表2 調壓閥調保計算

續(xù)表

7 經濟性比較

毛家河水電站采用水輪機調壓閥布置型式，每臺套調壓閥設備及安裝費用為25萬元，總計50萬元； 采用引水系統(tǒng)設置調壓井方案，需建筑工程投資199.98萬元(見表3)。兩者比較，調壓閥方案可降低149.98萬元投資費用。

表3 調壓井工程量及投資 單位：元

8 結 語

通過上述理論計算和經濟技術對比，結合工程的實際情況進行總體分析，水輪機調壓閥具有如下優(yōu)勢：?完全可以保證機組調節(jié)保證參數(shù)滿足規(guī)范及運行要求；?降低了工程投資，提高了電站整體投資收益率；?規(guī)避了垂直調壓井的高風險施工，大大縮短了工期，避免了對引水隧洞施工的干擾。

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Scheme Comparison on Water Turbine Pressure Regulating in Maojiahe Hydropower Station

YU Hua

(YiduDesignInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower,Yidu443300,China)

By combining with the actual situation in Maojiahe Hydropower Station and following the hypothesis on flow and time of pressure regulating valve in the water turbine, this article calculates changes of adjustment traits, flow and time, maximum pressure rise rate and maximum rotation speed rise rate. It estimates work amount and investment of surge tank. After contrasting two schemes namely pressure-adjusting valve of water turbine and surge tank, it determines that use of pressure-adjusting valve of water turbine is economical and reasonable.

Maojiahe Hydropower Station; pressure-adjusting scheme; comparison

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.04.011

TV72

B

1673-8241(2017)04- 0039- 04