國產(chǎn)抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器分段關(guān)閉裝置的應(yīng)用

邢紅超

（安徽響水澗抽水蓄能有限公司安徽蕪湖241083）

國產(chǎn)抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器分段關(guān)閉裝置的應(yīng)用

邢紅超

（安徽響水澗抽水蓄能有限公司安徽蕪湖241083）

本文介紹了國產(chǎn)調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置在大型國產(chǎn)抽水蓄能機(jī)組的現(xiàn)場應(yīng)用、工作原理、裝置結(jié)構(gòu)等情況。由于抽水蓄能機(jī)組工況復(fù)雜的本身特點也決定了其調(diào)速器分段關(guān)閉裝置不同于常規(guī)水電，因此需要水輪機(jī)方向和水泵方向均要實現(xiàn)不同拐點、不同速率的關(guān)閉規(guī)律。

國產(chǎn)；抽水蓄能機(jī)組；分段關(guān)閉裝置

抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用及黑啟動的任務(wù)，為保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行提供了有效手段。抽水蓄能機(jī)組的調(diào)速器作為機(jī)組主要的控制設(shè)備之一，對保證抽水蓄能機(jī)組根據(jù)需要及時安全可靠的運行在不同的工況下起著非常重要的作用。

1 結(jié)構(gòu)組成和工作原理

分段關(guān)閉裝置與接力器開腔相連，可以實現(xiàn)抽水蓄能機(jī)組在水輪機(jī)和水泵兩種工況下不同速率與不同拐點的分段關(guān)閉，主要由分段關(guān)閉閥Ⅰ、分段關(guān)閉閥Ⅱ及分段關(guān)閉集成塊組成；分段關(guān)閉閥Ⅰ布置油壓裝置旁邊，事故配壓閥后面，采用滑閥式結(jié)構(gòu)；分段關(guān)閉閥Ⅱ由液控閥EV5、梭閥及3個插裝閥組成[1]。

1.1 水輪機(jī)工況

當(dāng)機(jī)組在水輪機(jī)工況運行時，電磁閥EV7、EV8不帶電，分段關(guān)閉裝置處于水輪機(jī)工況。當(dāng)達(dá)到拐點時，楔形塊碰觸行程閥，行程閥換向，液控閥EV5左端控制腔通壓力油，EV5工作于左位，插裝閥C5、C7控制腔通壓力油，插裝閥C5、C7關(guān)閉，插裝閥C6控制腔通回油，C6打開。此時，壓力油通過插裝閥C6與接力器開腔相通，主接力器回油通過插裝閥C6節(jié)流，分段關(guān)閉閥Ⅱ起節(jié)流作用，主接力器的關(guān)閉速度變慢，可以通過調(diào)節(jié)C6頂端調(diào)節(jié)螺母來調(diào)整閥芯開口大小，從而改變關(guān)機(jī)速度。

1.2 水泵工況

當(dāng)機(jī)組在水泵工況時，電磁閥EV7、EV8線圈得電，分段關(guān)閉裝置處于水泵工況。

分段關(guān)閉的第一段速率由分段關(guān)閉閥Ⅰ調(diào)整，調(diào)節(jié)分段關(guān)閉閥Ⅰ上的調(diào)節(jié)螺桿，可以調(diào)節(jié)第一段關(guān)閉速率。第二段速率由分段關(guān)閉閥Ⅱ調(diào)整，當(dāng)達(dá)到拐點時，楔形塊碰觸行程閥，行程閥換向，液控閥EV5右端控制腔通壓力油，EV5工作于右位。插裝閥C5、C6控制腔通壓力油，插裝閥C5、C6關(guān)閉，插裝閥C7控制腔通回油，C7打開。此時，壓力油通過插裝閥C7與接力器開腔相通。主接力器回油通過插裝閥C7節(jié)流，分段關(guān)閉閥Ⅱ起節(jié)流作用，主接力器的關(guān)閉速度變慢，可以通過調(diào)節(jié)C7頂端調(diào)節(jié)螺母來調(diào)整閥芯開口大小，從而改變關(guān)機(jī)速度。

2 分段關(guān)閉裝置設(shè)計特點

（1）分段關(guān)閉裝置采用機(jī)械行程換向閥，保證了導(dǎo)葉關(guān)閉的可靠性，即使在系統(tǒng)失電的情況下，也能實現(xiàn)導(dǎo)葉分段關(guān)閉功能。

（2）電磁閥EV7，EV8采用的雙穩(wěn)態(tài)型，只需要監(jiān)控系統(tǒng)給一個工況脈沖信號即可，保證了機(jī)組運行的可靠性，如圖1所示。

（3）液控閥EV5的壓力油取自接力器的關(guān)腔，導(dǎo)葉接力器在關(guān)閉過程中關(guān)腔為壓力油，液控閥可以可靠地控制分段關(guān)閉裝置的投入與退出，而在導(dǎo)葉開啟的過程中關(guān)腔為回油，液控閥失去了對分段關(guān)閉裝置的控制，使分段關(guān)閉裝置處于開放的狀態(tài)，這避免了導(dǎo)葉開度處在拐點以下時，分段關(guān)閉裝置影響導(dǎo)葉開啟的速度。

3 分段關(guān)閉規(guī)律介紹

在0～100%范圍內(nèi)，接力器以設(shè)定的速度關(guān)閉。水輪機(jī)工況導(dǎo)葉的第一段關(guān)閉時間為2.65S（含調(diào)速器遲滯時間0.2S），接力器行程由100%關(guān)至65%；第二段關(guān)閉時間為21.7S，接力器行程由65%至全關(guān)。水泵工況導(dǎo)葉的第一段關(guān)閉時間為14.2S（含調(diào)速器遲滯時間0.2S），接力器行程由100%關(guān)至10%；第二段關(guān)閉時間為5S，接力器行程由10%至全關(guān)。

計算分析：

（1）毛水頭

圖1 分段關(guān)閉系統(tǒng)

毛水頭：Hg=Z1-Z2

式中：Z1-上游水位（m）；Z2-下游水位（m）。

（2）轉(zhuǎn)速上升率

式中：β-轉(zhuǎn)速上升率；nmax-甩負(fù)荷時最高轉(zhuǎn)速；n0-甩負(fù)荷前穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

（3）蝸殼水壓上升率

式中：ξ-蝸殼水壓上升率；Pmax-甩負(fù)荷蝸殼最高水壓；P0-甩負(fù)荷前蝸殼水壓。

4 控制程序設(shè)計

PCC硬件的模塊化設(shè)計給抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器的硬件結(jié)構(gòu)配置帶來了很大的方便。選用2005系列的PCC模塊作為抽水蓄能機(jī)組調(diào)速器的硬件主體。CP340作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主CPU模塊，該模塊功能強(qiáng)大，主頻266MHz，具有512KB SRAM，16MB FlashPROM，1個100M以太網(wǎng)接口，1個RS232接口；CP340還具有強(qiáng)大的通信、計算和管理功能，可以輕松完成調(diào)速器所有信息的采集、數(shù)據(jù)處理、調(diào)節(jié)計算、控制輸出、通訊、調(diào)度管理等[2]。

5 技術(shù)改造

應(yīng)用于響水澗的分段關(guān)閉裝置需要水輪機(jī)方向和水泵方向均要實現(xiàn)分段關(guān)閉的功能，該方向信號需要電信號勵磁，如果發(fā)生電信號丟失的情況，分段關(guān)閉裝置不能確認(rèn)機(jī)組運行方向，會造成分段關(guān)閉裝置動作規(guī)律變化的可能性。

如圖1所示，EV7和EV8所表示的機(jī)組工況切換閥需要電磁勵磁才會在交叉位工作，使機(jī)組處于水泵分段關(guān)閉工況。當(dāng)作用于EV7和EV8上的勵磁電壓消失，且機(jī)組當(dāng)前處于水泵運行工況，且機(jī)組當(dāng)前發(fā)生緊急停機(jī)工況，此時機(jī)組的關(guān)閉規(guī)律會發(fā)生變化，會產(chǎn)生安全隱患。

為解決機(jī)組在水泵工況下發(fā)生緊急停機(jī)、且發(fā)生全廠掉電的時候，此時機(jī)組停機(jī)規(guī)律發(fā)生變化的情況，現(xiàn)將原設(shè)計液壓原理圖改造成如圖2所示，EV7和EV8改成帶定位的切換閥。EV7和EV8運行狀態(tài)不會因為勵磁電壓的消失而發(fā)生變化，若機(jī)組當(dāng)前處于水泵運行工況，且機(jī)組當(dāng)前發(fā)生緊急停機(jī)工況，即便全廠掉電，此時機(jī)組的關(guān)閉規(guī)律也不會會發(fā)生變化。

6 結(jié)束語

抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中發(fā)揮著特殊作用，機(jī)組在發(fā)電和抽水運行時如遇事故發(fā)生導(dǎo)葉在關(guān)閉過程中，揚程、轉(zhuǎn)速、流量和壓力都將有很大變化，解決的方法通常是采用合理的導(dǎo)葉分段關(guān)閉規(guī)律使壓力鋼管及尾水管中水壓振蕩最小，從而讓機(jī)組穩(wěn)定運行在“S”區(qū)，降低機(jī)組的不穩(wěn)定性，切實維護(hù)電網(wǎng)安全，此結(jié)構(gòu)的抽水蓄能機(jī)組分段關(guān)閉裝置集成化設(shè)計、無明管、無滲漏、檢修方便、控制簡單、運行可靠，對于保障抽水蓄能機(jī)組安全、穩(wěn)定、可靠運行起到了至關(guān)重要的作用。

[1]沈祖詒.水輪機(jī)調(diào)節(jié)（第三版）[M].北京：中國水利水電出版社，1998.

[2]梅祖彥.抽水蓄能技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1988.

TV743

A

1004-7344（2016）28-0063-02

2016-9-9

圖2 分段關(guān)閉改造液壓設(shè)計方案

邢紅超（1984-），男，河南安陽人，初級工程師，本科，從事抽水蓄能電廠運行維護(hù)工作。