白蓮河抽水蓄能電站首臺機首次起動方式探討

伍志軍，楊洪濤

（1.中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，湖南 長沙 410014；2.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北羅田 438600）

白蓮河抽水蓄能電站首臺機首次起動方式探討

伍志軍1，楊洪濤2

（1.中國水電顧問集團中南勘測設計研究院，湖南 長沙 410014；2.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北羅田 438600）

白蓮河抽水蓄能電站首臺機首次起動時，上水庫蓄水位遠低于進出水口頂面高程，不具備水輪機工況調試條件。為此，經多次論證，其首臺機采用泵工況在異常低揚程下進行首次起動，在泵工況調試完成后，再進行水輪機工況的調試和工況轉換調試，第一次成功實現了國內抽水蓄能電站真正意義上的首臺機首次泵工況起動。

白蓮河；抽水蓄能；水泵水輪機；泵工況，首次起動

0 概述

白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣白蓮河鄉境內，電站裝設4臺單機容量為300MW的單級混流可逆式水泵水輪電動發電機組，平均年發電量9.67億kW·h，年抽水耗用低谷電量12.89億kW·h，屬日調節純抽水蓄能電站。電站以一回500kV出線接入黃岡變，在華中電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相、事故備用及黑起動的任務。

電站樞紐建筑物由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、下水庫、地面開關站、中控樓、副廠房等建筑物組成。上水庫沒有天然地表徑流補給，為日調節水庫。下水庫利用20世紀60年代初建成的白蓮河大型水庫，屬多年調節水庫。輸水系統和尾水系統均采用一洞兩機布置方式。電站的水能參數如下：

1 首臺機首次起動方式

純抽水蓄能電站上水庫大多為人工成庫，集雨面積很小，沒有天然地表徑流補給。受自然條件、施工工期等因素影響，首臺機首次起動時，上水庫一般不具備較大的蓄水量。考慮上庫的蓄水時間以及機組發電進度的要求，抽水蓄能電站首臺機首次起動方式主要有以下三種：

方式一：利用外加充水泵向上庫充水，充水至上庫死水位以上，蓄水量以滿足首臺機首次按照水輪機工況起動并完成全部調試項目的需要，然后機組以水泵工況起動，向上庫充水；

方式二：利用外加充水泵向上庫充水，蓄水量僅滿足首臺機首次按照水輪機工況起動并完成必要的空載調試項目的需要，然后機組以水泵工況起動，向上庫充水，再交替進行水泵抽水工況調試和水輪發電機工況調試；

方式三：利用外加充水泵向引水鋼管充水，充水至滿足機組水泵工況異常低揚程起動的水位（一般充水至上水庫進出水口底板高程），機組按照水泵工況方式起動調試，并以水泵工況向上庫充水，再交替進行水泵抽水工況調試和水輪發電機工況調試。

其中，方式一和方式二的蓄水量為死庫容與調試水量之和，方式三僅需蓄水至首臺機引水系統進水口底板高程。

2 三種起動方式分析

上述三種充水方式中，方式一最為安全，水輪機工況調試負荷逐級增加，對機組振動、壓力脈動、軸承負荷、溫升等有一個逐步加大的、可調整的逐步考驗過程。但是，此起動方式因需上庫蓄水量太大、蓄水歷時太長、前期投入大而不易實現，除非是上庫本身具有天然徑流或上庫施工進度領先于機電設備安裝進度。

方式二采用水輪機工況首次起動，但對上庫要求的蓄水量相對較小，僅需滿足機組初期以發電工況完成最基本的調試試驗所需的水量即可，對工程進展比較有利，是穩妥而實用的首臺機首次起動方式；但主機設備承擔的風險相對較大。該方式也是國內上庫無天然徑流的已投運抽水蓄能電站主要采用的首臺機首次起動方式。本電站上庫死庫容733萬m3，引水系統充水量約20萬m3，為保證首臺機組在死水位以上連續運行5h并考慮一定裕度所需的調試水量約315萬m3，蓄水期間（15個月）75%保證率下的徑流量145萬m3，水量損失約104萬m3，抽水總量約1027萬m3，相應上庫水位為293.50m。按抽水時間15個月計算，需選用7臺（其中2臺備用）揚程290m，流量200m3/h的充水泵，相應總投資約1600萬元。

方式三較多應用于上庫放空檢修后對上水庫進行充水，機組以泵工況運行極限低揚程至最低揚程之間，會有較大的振動和壓力脈動，但因歷時較短，振動和壓力脈動雖然有可能會超過正常運行允許范圍，仍是可以接受的。由于上庫放空檢修前機組已經正常商業運行一段時間，本身的各項技術指標和穩定性指標已經過調試試驗、各種運行工況和工況轉換試驗的實際考驗，機組調試和運行時所發現的缺陷已經得到妥善處理，故采用此種起動方式技術上是可行的。廣蓄和天荒坪電站上水庫放空檢查后就是采用這種方式。但對于新建電站首臺機首次起動，在國內已投運或在建的幾個抽水蓄能電站中尚無應用實例，國外也很少應用，需進行相關的技術論證。

3 起動方式確定

白蓮河抽水蓄能電站首臺機首次起動方式，在預可行性研究階段和可行性研究階段推薦采用小水泵充水至進水口底板高程，使水泵初始揚程達到80%～90%最低揚程，然后利用水泵工況首次抽水方式；主機合同也規定首臺機首次起動方式采用水泵工況起動，并在模型試驗中予以驗證，主機廠家也提供了水泵水輪機首次泵工況起動充水程序。

水泵水輪機模型驗收試驗結果顯示，在導葉開度達到13.5°至18°之間可滿足水泵165.00m低揚程充水起動的入力和壓力脈動要求。其中水泵工況在超低揚程起動時導葉與轉輪之間壓力脈動值為17.8%，小于合同要求25%，其它部位的壓力脈動均小于3%，滿足合同要求，不會由此產生水力振動問題；同時，針對導葉開度為18°進行水泵異常低揚程運行的試驗，起動靜揚程為160.00m，實際運行揚程為164.54m，相應的原型流量約為155.58m3/s，電網頻率50Hz時的入力為302.5MW，最大入力為305.7MW，滿足機組合同對水泵正常運行范圍內入力的要求，模型試驗確認在此條件下運行不發生有害振動和空化破壞。但因壓力脈動真機和模型是不相似的，有可能真機在異常低揚程下運行的穩定性情況會變得惡劣。除此之外，機組在異常低揚程下以水泵工況起動對機組振動、動平衡、軸承負荷、溫升等也將是直接的接近正常運行最大值的考驗。

主機廠家提供的水泵水輪機首次泵工況起動充水程序為：首先利用下庫對引水系統進行平壓充水至下庫水位高程，然后利用小水泵充水至上庫進出水口底板高程271.0m即進行水輪機空載調試，運行約9min，引水鋼管中的水位下降至256.0m，無異常后即可進行泵工況起動，此時泵的揚程為極限低揚程165.0m。

在電站建設過程中，項目業主也多次組織相關專題研究論證，并委托武漢大學水利水電學院對機組首次水泵起動特殊過渡過程進行計算機數值模擬計算。計算結果表明，首次水泵起動特殊過渡過程各種工況調保參數均滿足要求，且有較大裕度。最后，綜合考慮施工進度和技術及經濟風險后，決定采用泵工況首次起動。

4 泵工況首次起動及機組調試過程

白蓮河抽水蓄能電站泵工況首次起動及機組調試過程主要分為：

（1）首臺機引水系統充水至上庫進出水口底板高程271.0m。此時，上庫天然蓄水已至約高程275.0m，上庫進/出水口為岸塔式(側式)結構，進/出水口底板高程為271.00m，進水口前池底坎最高處高程為283.0m，受前池底坎阻擋，上庫蓄水不能自流入進出水口，需臨時設置低揚程大流量的排水泵，將上庫蓄水抽至首臺機引水壓力鋼管。

（2）首次水輪機工況滑動試驗。2009年3月10日，首次手動開機，調速器切電氣手動，慢慢開啟導葉至2%，機組開始轉動，并保持機組轉速在5%額定轉速左右，轉動約5min，檢查主軸密封水壓、流量正常，機組聲音正常，機械部分無明顯摩擦與碰撞。

（3）2009年5月21日至8月5日，依次主要進行了轉輪室充氣壓水試驗、SFC分步與自動開停機試驗、電制動及動平衡試驗、手動及自動準同期并網試驗、水泵調相工況瓦溫穩定試驗及保護極性校驗。

（4）8月6日成功完成水泵調相工況轉水泵工況試驗，凈揚程約185.5m（正常揚程范圍：191m～222.7m），機組有功約308MW。

（5）8月7日，機組抽水試驗，同時進行泵工況瓦溫穩定試驗及保護校驗。水泵工況異常低揚程起動，上庫水位為281.5m，蓄水量約220萬m3，下庫水位為96.19m，導葉開度為34%，水泵流量134m3/s，電動機吸收功率304.6MW，穩定運行約3h 15min，推力軸承瓦溫穩定，最高74.17℃，定子繞組最高溫度為84℃；停機過程中模擬機械故障停機試驗；上庫蓄水至284.7m。8月8日，機組泵工況運行約1h 30min，停機過程中進行電氣故障停機試驗，上庫蓄水至286.05m，蓄水量約435萬m3。

（6）8月9日至18日，主要進行了水泵工況正常揚程抽水及熱穩定試驗、水泵工況突然斷電試驗（緊急按鈕停機）、電氣事故（低功率保護動作停機）、機械事故（調速器低油位停機）和正常停機試驗。至此，水泵工況調試基本完成。

（7）8月18日，上庫水位蓄水接近296.0m，開始水輪機工況起動調試，在機組發電工況調試期間，結合水泵工況運行給上庫充水，其間上庫水位最高達到約304.0m。

（8）在完成發電工況試驗后，9月13日至17日，進行工況轉換試驗。

（9）在完成機組整組起動調試工作和消缺處理后，機組于2009年10月23日0：00進入30天試運行。在30天試運行期間，累計購網電量2359.5萬kW·h，上網電量1460.7萬kW·h，累計發電運行時間60h4min，抽水運行時間76h24min。發電工況起動23次，成功23次；水泵工況起動21次，成功21次，起動成功率均為100%，均滿足設計和規范要求。

5 結語

GB/T18482-2001《可逆式抽水蓄能機組起動試驗規程》和DL/T5208-2005《抽水蓄能電站設計導則》均推薦先完成水輪機工況起動試驗后，方可進行首次水泵工況起動。但在上水庫未提前充(蓄)水的情況下，允許機組以水泵工況起動。白蓮河抽水蓄能電站在死庫容較大、上庫基本無徑流的條件下，經過參建各方的努力，通過科學縝密的論證和精心細致的組織，成功地實現了首臺機首次泵工況起動，既節約了投資，又縮短了工期，為我國抽水蓄能電站建設提供了首臺機首次泵工況起動的成功經驗。

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1672-5387（2010）04-0013-03

2010-04-20

伍志軍（1978-），男，工程師，從事水力機械設計。