黃萌智，陳泓宇

（清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511853）

水泵斷電試驗(yàn)是檢查抽水蓄能機(jī)組在水泵工況下發(fā)生電氣故障或500 kV失電的情況下，機(jī)組的尾水管壓力、蝸殼壓力是否滿足合同要求，機(jī)組的電氣緊急停機(jī)流程是否正確，調(diào)速器、勵(lì)磁及機(jī)組輔助設(shè)備是否正確動(dòng)作，是抽蓄機(jī)組水泵方向比較重要的試驗(yàn)。

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站500 kV地面開關(guān)站目前只設(shè)置一回500 kV清花甲線，在500 kV線路跳閘的情況下，電站所有運(yùn)行水泵工況機(jī)組將進(jìn)入緊急停機(jī)程序，為了驗(yàn)證所有機(jī)組同時(shí)抽水?dāng)嚯姇r(shí)機(jī)組相關(guān)參數(shù)滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算要求，確認(rèn)相關(guān)控制和保護(hù)邏輯滿足設(shè)計(jì)要求，確保機(jī)組及水道安全，需要對已投運(yùn)的4臺(tái)機(jī)組進(jìn)行同時(shí)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)。在試驗(yàn)過程中需要記錄導(dǎo)葉關(guān)閉速率、機(jī)組振動(dòng)、擺度、溫度、壓力脈動(dòng)、尾水壓力和鋼管壓力等數(shù)據(jù)。

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站4機(jī)水泵工況同時(shí)斷電試驗(yàn)的完成不僅為電站機(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，而且為一洞多機(jī)布置形式提供了安全實(shí)證，試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證和推導(dǎo)了甩負(fù)荷工況，為抽水蓄能電站機(jī)組未來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和一洞多機(jī)選型提供了實(shí)踐依據(jù)。

1 電站概述

1.1 水力特性參數(shù)

電站上水庫正常蓄水位612.50 m，下水庫正常蓄水位137.7 m，死水位108.0 m，發(fā)電最大毛水頭為504.50 m。輸水系統(tǒng)采用1管4機(jī)方案，由引水隧洞、高壓隧洞、高壓岔管、引水支管、尾水支管、尾水岔管、尾水調(diào)壓井和尾水隧洞組成。

1.2 水泵水輪機(jī)參數(shù)

水泵水輪機(jī)型式為立軸、單級(jí)、混流、可逆式、可調(diào)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，額定出力326.5 MW，額定水頭470 m，水泵揚(yáng)程459～504 m。額定流量52.76 m3/s，額定轉(zhuǎn)速428.6 r/m，吸出高度-66 m，最大飛逸轉(zhuǎn)速小于621.5 r/m。

1.3 發(fā)電電動(dòng)機(jī)參數(shù)

發(fā)電電動(dòng)機(jī)型式為三相、豎軸、密閉循環(huán)空冷、可逆式同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)，單機(jī)容量（發(fā)電工況）320 MW，總裝機(jī)容量1 280 MW，發(fā)電電動(dòng)機(jī)額定電壓15.75 kV，額定功率因數(shù)（發(fā)電工況）為0.9（滯后）。

1.4 試驗(yàn)保證值

（1）蝸殼進(jìn)口中心線處的最大壓力值（含壓力脈動(dòng)和計(jì)算誤差）不大于780 m H2O；

（2）轉(zhuǎn)輪出口處最大壓力值不超過165 m H2O；

（3）整個(gè)引水系統(tǒng)內(nèi)（上游側(cè)引水管、下游側(cè)尾水管）壓力不少于12 m H2O（絕對壓力）。

2 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

抽水蓄能電站的調(diào)保計(jì)算是為了確認(rèn)諸如蝸殼最大、最小水壓，尾水管的最大、最小壓力，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率，調(diào)壓井涌浪水位和輸水隧洞水壓等設(shè)計(jì)參數(shù)。

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)調(diào)保計(jì)算解析用的程序是主機(jī)供應(yīng)商?hào)|芝公司獨(dú)立進(jìn)行開發(fā)，并運(yùn)用于水輪機(jī)，混流機(jī)、軸流機(jī)以及其他型式水輪機(jī)的調(diào)保計(jì)算專用程序。程序在不斷與原型機(jī)現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行比較和驗(yàn)證的情況下，得到進(jìn)一步的完善，在高水頭大容量水泵水輪機(jī)、大容量混流式水輪機(jī)組的開發(fā)工作中做出了巨大的貢獻(xiàn)。程序的特點(diǎn)是蝸殼水壓上升，尾水管壓力上升等計(jì)算結(jié)果能和原型機(jī)現(xiàn)場測試結(jié)果保持充分的一致性，能真實(shí)地反映機(jī)組在抽水?dāng)嚯姇r(shí)蝸殼水壓上升，尾水管水壓上升的實(shí)際結(jié)果。計(jì)算原理如圖1所示。

圖1 水力過渡現(xiàn)象調(diào)保過程解析方法

3 試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

3.1 單機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)情況

2015年10月11日，清蓄電站1號(hào)機(jī)組進(jìn)行抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)，當(dāng)時(shí)的上庫水位591.82 m、下庫水位135.79 m，毛水頭456.03 m，導(dǎo)葉接力器行程283 mm（90.4%）。

1號(hào)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果中，壓力鋼管水壓峰值5.485 MPa（約為559.7 m）出現(xiàn)在9.7 s左右，計(jì)算結(jié)果最大值為 602.6 m（約 5.905 MPa），出現(xiàn)在 8.5 s左右，與實(shí)測結(jié)果在發(fā)生時(shí)間和數(shù)值上大致趨于一致；尾水管水壓最大值計(jì)算結(jié)果約為1.27 MPa，試驗(yàn)結(jié)果中，尾水管水壓最大值為1.26 MPa左右，與計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上幾乎一致。如圖2、圖3所示。

同時(shí)通過4臺(tái)機(jī)組單機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)的結(jié)果比較，在和現(xiàn)場試驗(yàn)同樣的條件下，通過解析計(jì)算捕捉到的模擬波形和現(xiàn)場測定的波形相當(dāng)接近，均滿足合同調(diào)節(jié)保證值，且有較大的裕度，抽水?dāng)嚯姽r的模擬計(jì)算使用同一個(gè)計(jì)算程序，根據(jù)單臺(tái)機(jī)解析對現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確再現(xiàn)，可以預(yù)測雙機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)的計(jì)算結(jié)果是沒有問題。

圖2 1號(hào)機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)實(shí)測波形

圖3 單機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)計(jì)算波形

3.2 雙機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)情況

2016年02月20日，清蓄電站1號(hào)、2號(hào)機(jī)組進(jìn)行雙機(jī)同時(shí)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)前上庫存水位608.50 m、下庫水位119.39 m，毛水頭489.12 m，1號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉接力器行程的242 mm（77.3%），2號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉接力器行程的247 mm（78.9%）。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，1號(hào)機(jī)蝸殼水壓的峰值6.865 MPa（約為700.5 m）出現(xiàn)在 8.5 s左右，2號(hào)機(jī)蝸殼水壓的峰值6.871 MPa（約為701.1 m）出現(xiàn)在8.4 s左右，2臺(tái)機(jī)的實(shí)測值均在未超過理論最大值的范圍內(nèi)，2臺(tái)機(jī)計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果在發(fā)生時(shí)間和數(shù)值上均基本趨于一致。同樣尾水管水壓1號(hào)、2號(hào)機(jī)實(shí)測值與計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上幾乎一致。如圖4所示。

圖4 雙機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)實(shí)測波形

從以上的試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算值的對比來看，蝸殼壓力、尾水管壓力均在模擬計(jì)算所控制的理論極限區(qū)間之內(nèi)。

3.3 4機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)情況

2016年8月25日，清遠(yuǎn)抽水蓄能電站進(jìn)行4臺(tái)機(jī)組同時(shí)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)，試驗(yàn)前上庫水位604.88 m，下庫水位121.17 m，毛水頭481.73 m，試驗(yàn)前4臺(tái)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 斷電前4臺(tái)機(jī)組泵工況運(yùn)行數(shù)據(jù)

試驗(yàn)過程：①進(jìn)行機(jī)組輔機(jī)啟動(dòng)后廠用電自動(dòng)切換試驗(yàn)，確保設(shè)備倒換及運(yùn)行正常；②分別啟動(dòng)4機(jī)組單機(jī)吸收320 MW有功功率；③4臺(tái)機(jī)組抽水工況（P）運(yùn)行約20 min后，同時(shí)短接500 kV斷路器保護(hù)柜內(nèi)操作箱“手跳”接點(diǎn)，跳開500 kV開關(guān)，進(jìn)行4機(jī)抽水同時(shí)斷電試驗(yàn)，并監(jiān)測記錄機(jī)組抽水?dāng)嚯娂八そㄖ锔黜?xiàng)參數(shù)值；④對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否滿足設(shè)計(jì)及調(diào)保計(jì)算要求。

機(jī)組抽水?dāng)嚯妱?dòng)作后，監(jiān)控系統(tǒng)邏輯正確，電氣及機(jī)械回路動(dòng)作正常；調(diào)保計(jì)算所采用的數(shù)學(xué)模型、參數(shù)、邊界條件正確，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。

由圖5可知，1號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉開度從GCB分閘0.38 s后由250.3 mm（79.9%）經(jīng)過12.9 s至全關(guān)；2號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉開度從GCB分閘后0.35 s由251.8 mm（80.4%）經(jīng)過11.3 s至全關(guān)；3號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉開度從GCB分閘0.43 s由252.2 mm（80.6%）經(jīng)過11.9 s至全關(guān)；4號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉開度從GCB分閘0.43 s由249.4 mm（79.7%）經(jīng)過10.9 s至全關(guān)。

圖5 4機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)導(dǎo)葉接力器關(guān)閉數(shù)據(jù)

4臺(tái)機(jī)組蝸殼水壓的峰值比較接近（圖6），最大壓力分別上升至 7.481 MPa、7.419 MPa、7.473 MPa、7.448 MPa，出現(xiàn)在9.8 s，均不超過調(diào)保計(jì)算保證值7.649 MPa，與計(jì)算結(jié)果在數(shù)值上比較接近，波形趨勢一致；4泵斷電時(shí)4臺(tái)機(jī)組尾水（圖7）最大壓力分別 為 1.106 MPa、1.149 MPa、1.088 MPa、1.102 MPa，出現(xiàn)在7.6 s，均未超過調(diào)保計(jì)算保證值1.62 MPa，且還有較大裕度；4臺(tái)機(jī)組尾水最小壓力分別為0.637 MPa、0.528 MPa、0.619 MPa、0.632 MPa，出現(xiàn)在8.7 s，均不超過設(shè)計(jì)調(diào)保計(jì)算保證值0.117 MPa，均在模擬計(jì)算所控制的理論極限區(qū)間之內(nèi)，見圖8表2。

圖6 4機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)蝸殼壓力趨勢圖

圖7 4機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)尾水壓力趨勢圖

圖8 4機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)調(diào)保計(jì)算波形

表2 4機(jī)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過清遠(yuǎn)蓄能電站“一洞四機(jī)”4機(jī)同時(shí)抽水?dāng)嚯娫囼?yàn)，試驗(yàn)測量的主要參數(shù)的數(shù)值與計(jì)算結(jié)果較為接近，蝸殼最大壓力、尾水管最大壓力等均滿足合同保證值要求，得到了同一高壓輸水系統(tǒng)內(nèi)的4臺(tái)機(jī)在苛刻條件下大波動(dòng)過渡過程的有效試驗(yàn)數(shù)據(jù)，復(fù)核了調(diào)保計(jì)算結(jié)果，為電站長期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了試驗(yàn)依據(jù)。