淺析蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組泵工況造壓試驗(yàn)

梁睿光，陶迎新，溫占營，陳　鵬（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

淺析蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組泵工況造壓試驗(yàn)

梁睿光，陶迎新，溫占營，陳鵬
（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

摘要：簡要介紹了蓄能機(jī)組泵工況造壓的原理和方法,分析了蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組泵工況造壓過程及試驗(yàn)結(jié)果。以工程實(shí)例說明機(jī)組導(dǎo)葉開啟時(shí)間的判別方法及調(diào)試試驗(yàn)中應(yīng)該注意的問題。

關(guān)鍵詞：泵工況；造壓；濺水功率

1　概述

蒲石河抽水蓄能電站安裝4臺300MW可逆式水泵水輪機(jī)組，由Alstom和哈爾濱電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造。機(jī)組在空氣中旋轉(zhuǎn)時(shí)吸收功率小于7.4MW，水泵工況零流量時(shí)吸收功率小于103MW，壓水充氣空間體積30m3。電站上水庫無天然來水，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。因此，要求首臺機(jī)組能夠以泵工況運(yùn)行，不僅可以節(jié)省為上庫引水需要的投資，并能保證機(jī)組發(fā)電工況調(diào)試時(shí)避免在低水頭運(yùn)行。

機(jī)組水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水時(shí)，需要轉(zhuǎn)輪對水體產(chǎn)生出平衡上游水頭的水壓即造壓，且轉(zhuǎn)輪室氣體過多，導(dǎo)葉開啟時(shí)會造成較大壓力脈動，對機(jī)組運(yùn)行將產(chǎn)生較大影響或者傷害。由于壓力脈動的緣故，氣體是否排除干凈，僅通過尾水水位變送器難以準(zhǔn)確判斷，通常采取機(jī)組零流量造壓試驗(yàn)來判斷轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力，確定導(dǎo)葉開啟時(shí)間。

從蒲石河抽水蓄能電站4號機(jī)組多次的造壓試驗(yàn)來看，作為機(jī)組水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水運(yùn)行的前提條件，機(jī)組泵工況造壓試驗(yàn)中轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間水建壓成功、機(jī)組吸收有功功率滿足濺水功率條件是該工況轉(zhuǎn)換成功的關(guān)鍵。

2　水泵造壓的原理和方法

SFC拖動機(jī)組至水泵調(diào)相工況運(yùn)行。將機(jī)組控制方式切至單步，執(zhí)行排氣進(jìn)水子流程，關(guān)閉轉(zhuǎn)輪室補(bǔ)氣回路，開啟轉(zhuǎn)輪室回水排氣閥和主進(jìn)水閥，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)水位上升，水泵造壓，轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉間的壓力快速升高，先出現(xiàn)較大的壓力脈動，后壓力脈動減小。當(dāng)壓力從最大值下降后，跳開機(jī)組出口開關(guān)和關(guān)閉主進(jìn)水閥，機(jī)組慢速下降停機(jī)。轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉間的壓力見圖1中曲線a，如導(dǎo)葉在A點(diǎn)開啟，則可避開大的壓力脈動，壓力過程線將變?yōu)榍€b。當(dāng)然A點(diǎn)不能太提前，否則水泵壓力不夠，易造成反流和大的沖擊。試驗(yàn)過程中導(dǎo)葉始終關(guān)閉。

圖1水泵造壓過程

零流量造壓試驗(yàn)時(shí)，錄制整個(gè)過程曲線和記錄有關(guān)參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最優(yōu)導(dǎo)葉開啟速度，以及用以下方法確定導(dǎo)葉開啟時(shí)刻（A點(diǎn)）：

（1）轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力達(dá)到某一數(shù)值；

（2）排氣完畢，排氣閥關(guān)閉位置觸點(diǎn)閉合；

（3）排氣閥開啟后的一定延時(shí)；

（4）也可根據(jù)濺水功率來確定A點(diǎn)，見下頁圖2。

造壓過程中，機(jī)組吸收有功功率的增加伴隨著轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力的升高，多將濺水功率作為導(dǎo)葉開啟的另一重要判據(jù)。

圖2水泵造壓與機(jī)組吸收功率原理圖

3　造壓試驗(yàn)過程和導(dǎo)葉開啟時(shí)刻確定

3.1造壓試驗(yàn)的過程分析

2011年10月25日，蒲石河電站4號機(jī)組完成首次造壓試驗(yàn)，錄取的主要參數(shù)波形見圖3。

以開啟排氣閥后100s時(shí)刻為0，13s后轉(zhuǎn)輪下水位開始上升；21s后水位上升剛接觸轉(zhuǎn)輪，頂蓋、轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉之間壓力迅速增加；46s后尾水管水位上升至整個(gè)轉(zhuǎn)輪室，機(jī)組振動強(qiáng)烈、噪音較大，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力達(dá)到P=47bar，機(jī)組吸收有功功率至P=﹣65MW；96s后手動電氣跳機(jī)。排氣時(shí)間約33s。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，初步確定采取壓力或?yàn)R水功率兩種判據(jù)確定導(dǎo)葉開啟時(shí)刻：圖3中A點(diǎn)為轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉之間水壓P>25bar或機(jī)組有功功率P<-40MW時(shí)刻，當(dāng)監(jiān)控收到”主進(jìn)水閥開啟至40%開度“信號反饋后，發(fā)出開啟導(dǎo)葉令。

顯而易見，圖3中，以轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間壓力P>25bar確定的A點(diǎn)比以機(jī)組有功功率P<﹣40MW確定的A點(diǎn)提前約15s，而這期間轉(zhuǎn)輪室排氣尚未結(jié)束，尾水水位時(shí)而較高與轉(zhuǎn)輪相接觸，時(shí)而較低離開轉(zhuǎn)輪，造成較大的壓力脈動和機(jī)組有功功率的波動，不適合開啟導(dǎo)葉。

圖3蒲石河4號機(jī)泵工況首次造壓試驗(yàn)

3.2導(dǎo)葉開啟時(shí)刻判據(jù)檢驗(yàn)

恢復(fù)機(jī)組零流量造壓試驗(yàn)對導(dǎo)葉所作的措施后，監(jiān)控選擇機(jī)組水泵調(diào)相轉(zhuǎn)水泵工況運(yùn)行，檢驗(yàn)壓力和功率判據(jù)。錄取的主要參數(shù)波形見下頁圖4。

導(dǎo)葉按整定的開度曲線開啟至47%開度穩(wěn)定，而機(jī)組吸收有功功率在-60～-80MW之間波動，沒有達(dá)到預(yù)期的滿負(fù)荷抽水工況運(yùn)行目的。分析圖4中各主要參數(shù)曲線，轉(zhuǎn)輪回水排氣的時(shí)間過短，僅有20s，無法滿足機(jī)組回水造壓要求，致使轉(zhuǎn)輪反復(fù)打水又抽空，出現(xiàn)上述現(xiàn)象。同時(shí)，導(dǎo)葉的開啟條件中，造壓功率和轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間水壓力“或”門開出是不合理的，因?yàn)檗D(zhuǎn)輪回水排氣開始后不久，轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉間水壓力判據(jù)滿足（A點(diǎn)時(shí)刻），監(jiān)控發(fā)出關(guān)閉排氣閥，尾水水位上下攪動，且當(dāng)主進(jìn)水閥40%開度信號復(fù)歸后，到達(dá)時(shí)間B導(dǎo)葉開啟，但此時(shí)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)還有大量的氣體沒有排出，所以造成導(dǎo)葉開啟過早濺水功率并不滿足，機(jī)組吸收有功并沒有增加。

調(diào)試人員現(xiàn)場觀察尾水錐管旁安裝的水位計(jì)再次驗(yàn)證：磁翻板來回浮動，轉(zhuǎn)輪回水排氣管路未聽到水聲，排氣閥即已關(guān)閉，機(jī)組振動偏大。說明機(jī)組抽水工況運(yùn)行時(shí)吸收有功不能上升的根本原因?yàn)闅怏w未全排出轉(zhuǎn)輪室，而導(dǎo)葉開啟時(shí)刻過早。

圖4水泵調(diào)相轉(zhuǎn)水泵工況導(dǎo)葉開啟時(shí)間

3.3導(dǎo)葉開啟時(shí)刻判據(jù)優(yōu)化

多次試驗(yàn)后，去掉水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水流程中的壓力判據(jù)，使用濺水功率P﹥-40MW后設(shè)置15s延時(shí)關(guān)閉排氣閥后開啟導(dǎo)葉，工況轉(zhuǎn)換成功，機(jī)組運(yùn)行正常。導(dǎo)葉開啟時(shí)刻邏輯：轉(zhuǎn)輪下尾水水位＜300mm&機(jī)組有功功率P＜-40MW&延時(shí)15s關(guān)閉排氣閥&收到主進(jìn)水閥40%開度信號反饋。

在機(jī)組以后的試驗(yàn)和試運(yùn)行中，由于機(jī)組滿足濺水功率10s或15s延時(shí)后關(guān)閉排氣閥時(shí)主要參數(shù)無差別，后將此延時(shí)縮短至10s。

4　調(diào)試試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)前首先確保機(jī)組電氣、機(jī)械停機(jī)流程正確，緊急停機(jī)按鈕正常。

（2）對于首次泵工況造壓試驗(yàn)，首先確保整個(gè)試驗(yàn)過程中導(dǎo)葉始終在“全關(guān)”位，機(jī)組零流量。

（3）排氣時(shí)，監(jiān)視尾水管水位的上升和監(jiān)視導(dǎo)葉轉(zhuǎn)輪間的壓力，記錄排氣閥的開啟時(shí)間并結(jié)合排氣閥的固有開啟耗時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化排氣過程。

（4）記錄濺水功率。部分電站設(shè)置獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)的濺水功率保護(hù)，回水排氣過程中若濺水功率不動作，閉鎖導(dǎo)葉開啟。

（5）逐步開啟導(dǎo)葉，從零流量過渡到抽水工況時(shí)，錄取以下參數(shù)數(shù)據(jù)和波形圖：

①導(dǎo)葉開啟時(shí)間和開啟速度；

②發(fā)電/電動機(jī)的吸收功率；

③導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪間壓力及壓力脈動；

④蝸殼壓力或鋼管壓力；

⑤尾水管壓力；

⑥導(dǎo)葉開度或接力器行程；

⑦水泵流量。

（6）工況轉(zhuǎn)換過程中，同時(shí)測量機(jī)組上、下機(jī)架、頂蓋或軸承支架振動及主軸擺度。

（7）根據(jù)錄取的數(shù)據(jù)和試驗(yàn)時(shí)機(jī)組的揚(yáng)程，修正導(dǎo)葉開啟規(guī)律，優(yōu)化從零流量到抽水工況過程參數(shù)。

（8）在導(dǎo)葉開啟過程中，嚴(yán)密監(jiān)視繼電保護(hù)工作情況，監(jiān)視和測錄調(diào)速器實(shí)際運(yùn)行參數(shù)。

5　結(jié)語

通常，在機(jī)組水泵調(diào)相工況并網(wǎng)同時(shí)或稍后，立即開啟排氣閥并進(jìn)行造壓抽水，如在并網(wǎng)前造壓，由于輸入功率突然增大，變頻器容量不足，致使并網(wǎng)失敗。在并網(wǎng)瞬間，導(dǎo)葉開度不大，輸入功率也不大，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生過大的突然沖擊，但振動和噪聲很大。隨著導(dǎo)葉按事先整定的規(guī)律開到最優(yōu)工況，輸入功率增大，振動和噪聲反而減小，因?yàn)橛咏顑?yōu)工況，振動和噪聲愈小。

由于抽水蓄能電站工況轉(zhuǎn)換頻繁，在機(jī)組由水泵調(diào)相轉(zhuǎn)抽水過程中，往往因?yàn)闉R水功率較低、造壓不足等因素導(dǎo)致工況轉(zhuǎn)換失敗，在選擇壓力判據(jù)或者濺水功率判據(jù)時(shí)，應(yīng)以機(jī)組多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)來優(yōu)化選擇，確定導(dǎo)葉開啟時(shí)刻。

中圖分類號：TV743

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）03-0021-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.03.006

收稿日期：2014-11-13

作者簡介：梁睿光（1986-），男，助理工程師，從事抽水蓄能電站運(yùn)行工作。