谷振富，尤莉莎，吳 妍，劉 健，邢京燕

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

0 前言

張河灣蓄能電站機(jī)組有5個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行工況，分別是停機(jī)穩(wěn)態(tài)（ST）、發(fā)電（G）、抽水（P）、發(fā)電調(diào)相（SCT）、抽水調(diào)相（SCP）。機(jī)組從停機(jī)到抽水必須經(jīng)歷調(diào)相壓水這一流程，而發(fā)電調(diào)相必須經(jīng)機(jī)組發(fā)電工況壓水后才能滿足要求。

1 抽水蓄能機(jī)組工況及其轉(zhuǎn)換

作為抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換過(guò)程控制及調(diào)相穩(wěn)定運(yùn)行中的重要組成部分，調(diào)相壓水對(duì)抽水蓄能機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠工況轉(zhuǎn)換有著非常重要的作用。其工作原理是：利用氣體的可壓縮特性，通過(guò)調(diào)相壓水氣罐往機(jī)組轉(zhuǎn)輪室內(nèi)注入大量的壓縮空氣，當(dāng)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水位被壓至轉(zhuǎn)輪本體以下時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)來(lái)降低機(jī)組運(yùn)行時(shí)的阻力。張河灣抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換中調(diào)相壓水介入情況如圖1所示。

圖1 可逆式抽水蓄能機(jī)組典型工況轉(zhuǎn)換圖

2 調(diào)相壓水系統(tǒng)

2.1 調(diào)相壓水系統(tǒng)的組成

調(diào)相壓水系統(tǒng)是由調(diào)相壓水氣罐、壓縮空氣供氣系統(tǒng)、壓氣及排氣閥門系統(tǒng)以及其控制系統(tǒng)、尾水管水位測(cè)量系統(tǒng)等部分組成，系統(tǒng)配置如圖2所示，管路示意圖如圖3所示。

圖3 調(diào)相壓水系統(tǒng)管路示意圖

2.2 張河灣電站機(jī)組調(diào)相壓水簡(jiǎn)介

張河灣電站機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 張河灣電站抽蓄機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

機(jī)組由停機(jī)穩(wěn)態(tài)（ST）到抽水調(diào)相（SCP）、由抽水（P）到抽水調(diào)相（SCP）、由發(fā)電（G）到發(fā)電調(diào)相（SCT）過(guò)程，壓氣控制均有所不同。下面以張河灣電站機(jī)組由停機(jī)穩(wěn)態(tài)（ST）到抽水調(diào)相（SCP）為例。

機(jī)組在停機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，觸發(fā)抽水調(diào)相程序。第1步是啟動(dòng)調(diào)相壓水子程序，首先判斷的是調(diào)相氣罐壓力和高壓氣機(jī)系統(tǒng)是否運(yùn)行正常，同時(shí)打開(kāi)主壓氣閥、補(bǔ)氣閥和上下迷宮供水閥。其中主壓氣閥和補(bǔ)氣閥的關(guān)閉通過(guò)延時(shí)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，時(shí)間整定值是16 s。若水位監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)到水位低，則會(huì)強(qiáng)制關(guān)閉主壓氣閥、補(bǔ)氣閥和上下迷宮供水閥。第2步是打開(kāi)蝸殼排氣閥和水環(huán)排水閥。第3步是建立電氣軸，機(jī)組開(kāi)始升速。

壓水完成后，尾水管水位的高低信號(hào)就是補(bǔ)氣閥保持水位的依據(jù)，為防止補(bǔ)氣過(guò)度，當(dāng)補(bǔ)氣閥打開(kāi)40 s后，若仍未收到水位低信號(hào)，系統(tǒng)將會(huì)關(guān)閉補(bǔ)氣閥并報(bào)送故障。

3 張河灣電站調(diào)相壓水詳析

3.1 壓水時(shí)間的控制

機(jī)組調(diào)相壓水時(shí)間的控制依據(jù)是對(duì)壓水水位的要求，張河灣電站采用定時(shí)限控制來(lái)控制主壓氣閥的開(kāi)啟。對(duì)于控制時(shí)間的確定還要考慮到下面2個(gè)問(wèn)題：①防止壓水過(guò)度，要保證水位監(jiān)測(cè)裝置可靠動(dòng)作，當(dāng)水位監(jiān)測(cè)裝置發(fā)出水位低信號(hào)時(shí)，立即停止壓氣和補(bǔ)氣；②如果采用頂蓋進(jìn)氣方式，應(yīng)考慮調(diào)整閥門從全關(guān)到全開(kāi)的時(shí)間，防止壓氣開(kāi)始時(shí)壓力沖擊過(guò)大，導(dǎo)致主軸密封抬起。

張河灣電站機(jī)組的尾水管水位測(cè)量裝置布置于尾水錐管段，主要作用是為機(jī)組調(diào)相提供尾水水位信號(hào)，調(diào)控壓氣和補(bǔ)氣。測(cè)量裝置使用壓差式模擬量傳感器，將水位信號(hào)直接傳送給機(jī)組LCU，并由監(jiān)控系統(tǒng)中已設(shè)置的限制值來(lái)約束。

表2 張河灣電站機(jī)組調(diào)相壓水相關(guān)數(shù)據(jù)表

3.2 氣壓保持時(shí)間

機(jī)組調(diào)相運(yùn)行時(shí)往往存在漏氣點(diǎn)，例如蝸殼排氣閥處漏氣至尾水管肘段、主軸密封處漏氣到水車室等。氣壓的保持時(shí)間是調(diào)相壓水的重要參數(shù)，而它取決于機(jī)組尾水管的漏氣量。機(jī)組漏氣量越小，壓水保持時(shí)間越長(zhǎng)，調(diào)相運(yùn)行的用氣量也會(huì)減少，反之，用氣量增加，易使壓氣機(jī)運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，影響氣機(jī)壽命。

3.3 抽水方向和發(fā)電方向調(diào)相運(yùn)行的區(qū)別

由于抽水和發(fā)電2種工況水泵水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)方向不同，對(duì)機(jī)組尾水管內(nèi)的水面形成作用也是不同的，因此2種工況下調(diào)相運(yùn)行時(shí)的水面各有不同，如圖4所示。

由圖4可以看出，在調(diào)相壓水過(guò)程中如果壓水水位較高，碰及轉(zhuǎn)輪，對(duì)下迷宮供水將形成阻力，可能造成機(jī)組振動(dòng)增大，迷宮供水流量降低等現(xiàn)象，因此，應(yīng)考慮轉(zhuǎn)輪不同旋轉(zhuǎn)方向時(shí)水面特點(diǎn)，選擇合理的壓水水位。

圖4 不同旋轉(zhuǎn)方向調(diào)相運(yùn)行時(shí)尾水管水面形狀示意圖

3.4 機(jī)組壓水過(guò)程中斷的處理

在壓水過(guò)程中，在機(jī)組停機(jī)或發(fā)生跳機(jī)時(shí)，需立刻停止壓水，并開(kāi)啟回水排氣程序來(lái)盡快排出機(jī)組轉(zhuǎn)輪室內(nèi)空氣，使水位回升，最終形成對(duì)機(jī)組停機(jī)的有效制動(dòng)。張河灣電站回水排氣子程序如圖5所示。

圖5 張河灣電站回水排氣子程序示意圖

3.5 機(jī)組調(diào)相運(yùn)行時(shí)的關(guān)注點(diǎn)

1）注意機(jī)組調(diào)相壓水執(zhí)行情況。關(guān)注機(jī)組進(jìn)水閥和導(dǎo)葉是否可靠關(guān)閉，水閥及蝸殼排氣平壓閥是否可靠打開(kāi)，尾水管水位測(cè)量裝置是否運(yùn)行正常，漏氣量是否正常等。

2）密切監(jiān)視機(jī)組主軸密封、上下迷宮環(huán)的溫度，機(jī)組振動(dòng)情況，機(jī)組吸收有功值，機(jī)組尾水管補(bǔ)氣時(shí)間間隔等。

3）關(guān)注在回水排氣過(guò)程中，流程進(jìn)展下涉及的各閥門等開(kāi)啟或關(guān)閉情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)相運(yùn)行是抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換中一個(gè)重要的流程，當(dāng)前國(guó)內(nèi)調(diào)相運(yùn)行的控制流程大同小異，但在具體執(zhí)行過(guò)程中各有特點(diǎn)，本文主要結(jié)合張河灣電站工程實(shí)例進(jìn)行分析，希望其結(jié)論為其他抽蓄機(jī)組調(diào)試等提供借鑒。