淺談延時10s裝置在黑麋峰電廠的應用

2012-12-06 08:30:36王君韓軻

湖南水利水電 2012年6期

王君韓軻

（湖南五凌電力有限公司黑麋峰抽水蓄能電廠長沙市 410213）

黑麋峰抽水蓄能電廠位于湖南省長沙市望城縣橋驛鎮楊橋村，緊鄰湖南電網負荷中心，是湖南省首座抽水蓄能電廠。電廠安裝4臺單機容量300MW的水泵水輪發電機組，總裝機容量1200MW。黑麋峰電廠為首批引進技術的國產化蓄能機組，其中轉輪模型由ALSTOM研發設計，調速系統設備由維奧機電設備（北京）有限公司設計供貨；電廠為日調節純抽水蓄能電廠，主要擔負湖南及華中電網調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。

1 延時10s的由來

1.1 延時關閉導葉概念的提出

機組發生事故甩負荷后，水泵水輪機轉速升高，流量隨之減少，從而使引水道水壓力升高，尾水道水壓力降低，當水泵水輪機進入S形區域時，水泵水輪機流量急劇下降，導致引水道水壓力迅速升高，尾水道水壓力迅速下降，達到極值。為防止轉輪轉速上升的截流效應與導葉關閉升壓的聯合作用，ALSTOM提出黑麋峰水輪機工況甩負荷時調速器延時關閉導葉。

1.2 調節保證參數允許值

（1）機組最大轉速≤450r/min。

（2）蝸殼進口處最大壓力≤4.9MPa（包括脈動壓力）。

（3）球閥上游側最大壓力≤4.9MPa（包括脈動壓力）。

（4）尾水管進口處最小壓力≥0.1MPa（絕對壓力）。

1.3 延時時間的確定

計算結果表明，當導葉延遲時間小于等于7s時，尾水管進口最低水壓力小于10mH2O，蝸殼進口最大水壓力超過500mH2O，不能滿足調節保證計算要求；當導葉延遲時間大于等于8s時，尾水管進口最低水壓力大于10mH2O，蝸殼進口最大水壓力低于500mH2O，滿足調節保證計算要求。當導葉延遲時間大于等于10s時，尾水管進口最低水壓力和蝸殼進口最大水壓力已經不再變化，導葉延遲時間對機組最大轉速升高有影響，綜合考慮水壓及轉速，確定導葉延遲時間等于 10s。

2 延時10s裝置功能簡介

2.1 機組甩負荷后延時10s關閉導葉功能的實現（圖 1）

在主配壓閥至接力器開機側油管路上，插入了一個與油管路相同通徑的插裝閥，當該插裝閥關閉時，主配壓閥至接力器開機側的油路被切斷，使接力器保持不動；當該插裝閥開啟時，主配壓閥至接力器開機側的油路暢通，與該閥不存在的效果一樣。插裝閥的開啟與關閉通過雙線圈電磁閥控制，在斷路器斷開瞬間，邏輯控制回路通過電磁閥控制插裝閥，使之關閉，從而切斷主配壓閥至接力器開機側的油路，使得接力器無法受主配壓閥的控制，保持在甩負荷瞬間的位置；10s后控制回路再通過電磁閥開啟插裝閥，恢復主配壓閥至接力器開機側的油路，使接力器受主配壓閥的控制而關閉。

圖1 延時10s裝置系統簡圖

插裝閥采用錐面密封，具有優良的密封性能，因此當它動作為關閉時可以可靠地切斷油路；插裝閥的閥芯和閥套間無嚴格的配合要求，磨損輕，不易堵塞，也不會產生液壓卡緊現象，對液壓油的潔凈度要求很低，抗卡阻能力極強，動作速度快；以上插裝閥的優點保證了延時10s裝置的可靠性；另外，作為插裝閥的先導控制閥的電磁閥，采用的是力士樂的帶位置反饋的雙線圈電磁閥，為最大限度地提高可靠性，裝置中設置了雙電磁閥，并且送給電磁閥的電氣控制信號及控制回路的電源均是雙路的，任一個電磁閥動作均能控制插裝閥動作。

另外，在延時10s裝置的閥體上還在插裝閥的進口與出口間設置了一個通徑為Φ9的旁路，該旁路的作用在于萬一插裝閥關閉后無法再開啟，通過這個旁路可以使導葉緩慢地關閉。

2.2 增加延時10s裝置對調速系統的影響

（1）正常運行時。從延時10s裝置的控制邏輯可以看出，其僅在發電模式下，斷路器斷開后的10s內起作用，除此之外的情況，裝置中的插裝閥均處于開啟狀態，對主配壓閥至接力器開機側的油路沒有影響，不會影響導葉的開啟與關閉，因此開機過程、空載性能、并網過程、增減負荷及帶負荷過程均不受該裝置的影響，相應的該裝置不會影響調速器以下性能指標：機組空載頻率擺動值；空載擾動時的機組轉速超調量及調節時間；調速器靜特性轉速死區；負荷擾動特性。

（2）甩負荷時。機組甩負荷后，由于延時10s裝置的作用，如果比例伺服閥有關閉接力器的信號，導葉接力器將從甩負荷前的位置以緩慢速度關閉（由于在10s內關閉量很小，不會明顯影響機組引水系統的壓力上升值）；如果比例伺服閥沒有關閉接力器的信號,導葉接力器將保持甩負荷前的位置。10s后該裝置復歸，接力器再在主配壓閥的控制下關閉，因此甩負荷時引起的轉速上升與壓力上升將不受調速系統的控制相應的，以下跟甩負荷有關的調速器性能指標將無法滿足：接力器不動時間；甩負荷后的轉速調節次數與調節時間等。

2.3 甩負荷時可能出現的問題

（1）甩負荷時延時10s裝置未起到切斷油路，保持導葉接力器不動的作用，延時10s裝置中控制回路電源有兩路互為冗余，先導控制電磁閥的電氣控制信號是兩路冗余（分別來自硬接點和監控系統），先導電磁閥也采用了兩個，作為關斷元件的插裝閥又具有極強的抗卡阻能力及關斷能力，因此本問題出現的可能性極低。

如果萬一出現了這種情況，還有一層來自調速器電氣柜的保護，在調速器電氣柜的程序中也設置了一段甩負荷后延時10s關閉導葉的程序，通過比例閥控制主配壓閥使接力器在甩負荷開始10s內維持不動，10s之后再按正常甩負荷程序控制導葉，因此即使此時延時10s裝置未動作，仍可通過電氣柜實現延時10s的功能。

（2）延時10s裝置動作后，插裝閥未開啟。若插裝閥關閉后無法再開啟，插裝閥的進口與出口間仍設置有小通徑的旁路，這個旁路可以使導葉緩慢地關閉。

（3）甩負荷時主配壓閥發卡。在極端情況下甩負荷時若出現了主配壓閥發卡故障，由于延時10s裝置切斷的是主配壓閥至接力器開機腔的油路，導葉接力器在甩負荷開始后10s內維持不動的功能仍能完成，10s后若主配壓閥卡在關機側，則導葉能關至全關位置，若主配壓閥卡在中間位置或開機側，則導葉無法關閉，此時電氣柜報出主配發卡故障，機組通過關閉球閥停機。