古城電站分段關閉裝置轉換為節流閥方案及其應用

白 奎 明，　趙 劍 華

(華能四川涪江水電有限責任公司，四川 成都　610041)

古城電站分段關閉裝置轉換為節流閥方案及其應用

白 奎 明，趙 劍 華

(華能四川涪江水電有限責任公司，四川 成都610041)

摘要：介紹了古城電站投產時引水系統調壓室水壓波動情況及原因分析，在對調壓井增加了阻抗孔后仍存在甩負荷時壓力鋼管水壓超限的問題。通過采用調速系統分段關閉拐點提升到100%的方案，最終圓滿地解決了古城電站機組正常發電的技術難題，對相關電站處理類似事件具有指導意義及科研推廣價值。

關鍵詞：古城電站；調壓室；水壓波動；托馬斷面；分段關閉；甩負荷試驗

1概述

涪江公司目前已投產生產電站7座，總裝機容量為569 MW。其中古城電站裝機容量為2×50 MW，水庫正常蓄水位高程845.5 m，死水位高程842.5 m，額定水頭46 m；引 水 隧 洞 全 長6 901 m，調壓室前壓力引水道長6 901 m，平均縱坡i=3.318‰，引水道斷面為圓形，內徑9.5 m，全線采用鋼筋混凝土襯砌，設計引用流量為247 m3/s，多年平均年發電量4.025億kW·h。古城電站于2010年12月15日正式開工，2013年12月下閘蓄水，2014年1月4日正式投入商業運行。

2問題的提出

在該電站機組調試及試運行期間，發現引水系統水壓存在不穩定的波動，尤以開停機及負荷調整時特別明顯，水壓波動自蝸殼一直延續到閘首取水口，幅值趨勢為逐步減小，波動周期為6～8 min，蝸殼水壓振幅最大達20 m(圖1)。針對該問題，公司組織技術人員進行了多次分析，認為其原因為：(1)為了保證調壓室至廠房處的邊坡安全、節約工程投資、降低施工難度，根據調壓室設置位置處的地形地質條件，調壓室采用僅設置上室的水室式方案，但實際運行數據表明調壓室型式的選擇與布置不合理：(2)從簡單式調壓室角度看，豎井截面積與設計規范相比僅占托馬穩定值的20%，偏差太大；(3)若以差動式調壓室原理看，其未設阻抗孔。

圖1　機組全停、蝶閥全關后引水隧洞水壓壓力波動圖

為了補救，設計院提出了“增設阻抗孔+擴挖調壓井”方案。2014年，利用平武縣政府對庫區防滲堤進行處理的機會對調壓井進行了處理。由于調壓井擴挖需要工期較長，投資較多且受地理條件限制擴挖調壓井會使邊坡變薄而危機廠房安全，為此，對古城電站調壓井采取了增設阻抗孔方案(阻抗孔孔口直徑D=4.25 m，孔面積為引水隧洞斷面積的20%)。在調壓井增設阻抗孔施工完成后進行了機組甩負荷試驗，試驗數據見圖2。

圖2　1#機甩75%負荷時的波形圖

對圖2中的試驗數據進行分析發現：甩75%負荷時水壓最大上升值為0.71 MPa(壓力鋼管承受的安全壓力為0.9 MPa)，過速最大達121%。機組甩負荷后引水系統壓力嚴重超標，不能滿足調保計算要求，機組發電出力受限。若想降低水壓上升率，機組轉速必然上升過大甚至飛車，致使水壓上升率和機組轉速上升率無法同時兼顧。增設阻抗孔后，引水隧洞的小波動得到明顯改善，但引水系統水壓在甩負荷時鋼管段水壓嚴重超設計值，進而引起水壓超限的安全問題使機組發電出力受限(單機最多帶37.5 MW 的負荷運行)。

試驗時同時發現：機組帶37.5 MW 負荷運行、分段關閉拐點設置在導葉開度為40%時，甩負荷時導葉開度從61%關至40%的時間為0.85 s，第二段關閉時間為12.6 s。為了改變導葉關閉規律，采取增大分段關閉拐點設置，可使蝸殼水壓上升率減小、機組轉速上升率增大，從而為研究分段關閉裝置拐點設置、解決機組帶滿負荷正常發電的難題提供了新思路。

3針對上述問題采取的措施

古城電站調速器采用南京南瑞集團公司生產的SWT-2000雙微機雙冗余數字式電液調速器，主配壓閥采用南京南瑞集團公司生產的ZFL-80閥，在液壓回路上設置有事故配壓閥、分段關閉裝置(兩段關閉)。古城電站采用的調速器液壓原理見圖3。

分段關閉裝置的改造：為實現通過控制導葉關閉時接力器開啟腔的回油速度來控制導葉關閉時間，經查閱設計院調保計算數據得知：古城電站調速器系統采用導葉一段關閉(關閉時間整定為13.5～14.5 s)也能滿足調保計算的要求，從而為提升改造分段關閉拐點至100%、使其轉換成為節流閥控制油流速度進而改變導葉關閉速度創造了改造條件。我們通過改變分段關閉裝置內部結構，將分段關閉裝置的第二段油路做為第一段使用(即分段關閉裝置在未投入時油路通過原第二段連接調速器主配與接力器)，再斷開分段關閉裝置切換電磁閥電源開關并將電磁閥線圈插頭拆出，使其成純機械裝置，線圈不帶電、不發熱，分段關閉裝置不再投入，同時避免了因線圈故障引起分段關閉裝置誤動情況的發生。調整分段關閉裝置上的調節螺母，整定改造后的第一段關閉時間為13.5～14.5 s之間調保計算時間即可。

通過該方案的實施，在逐漸增加負荷進行甩負荷試驗，最終保證了在甩滿負荷時蝸殼水壓上升不超過設計值的同時能兼顧保證機組轉速在145%ne以內。2 F機甩負荷數據見圖4。

圖3　古城電站采用的調速器液壓原理圖

圖4　雙機甩滿負荷時錄制的2F機組技術參數波形曲線圖

1F、2F機滿負荷時模擬故障甩滿負荷，2F機組導葉開度為85.84%，導葉關閉至零的時間為10.88 s(折算至全行程關閉時間為12.7 s)，蝸殼進口壓力為0.73 MPa，蝴蝶閥前的壓力為0.76 MPa(壓力鋼管承受的安全壓力為0.9 MPa)，最大頻率為69.8 Hz(轉速升高率為39.6%)，滿足設計安全值要求。

通過采用將分段關閉拐點提升到100%的方案，開創性地將分段關閉裝置功能轉換為節流閥功能，使導葉關閉速度可控。經試驗驗證，終于使古城電站機組甩100%負荷的試驗結果滿足調保計算的要求，從而不需要再采取擴挖調壓井的方案，圓滿地解決了古城電站機組不能滿負荷正常發電的技術難題。

4結語

對于類似古城電站引水隧洞長、流量大、水頭低，修建直徑44.5 m圓斷面的調壓室，不僅工程量大，施工困難，而且對調壓室至廠房段的邊坡穩定不利，需要較大的防護加固工程量。古城電站通過實施將分段關閉拐點提升到100%的方案，開創性地將分段關閉裝置功能轉換為節流閥功能，使導葉關閉速度可控，幾乎不花任何成本就能解決引水系統水壓不穩或波動太大的問題，打破了托馬條件的約束且大幅度減小了調壓室面積、減少了工程投資；同時，也探索并解決了已建成電站由于托馬斷面不足等原因引起的引水系統水壓不穩或波動問題，進而為電力安全生產創造了有利條件。

收稿日期:2015-08-12

中圖分類號:TV7;TV737;TV738;TV735

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0095-03

作者簡介:

白奎明(1974-)，男，四川廣安人，副主任(主持工作)，高級工程師，從事水電廠安全生產及技術管理工作；

趙劍華(1983-)，男，四川冕寧人，工程師，學士，從事水電廠技術管理及生產維護工作.

(責任編輯：李燕輝)