機(jī)組調(diào)相壓水問題的分析及改造

劉 佳，馬 歡

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái)317200）

0 引言

桐柏抽水蓄能電站位于佛宗道源、風(fēng)景秀麗的天臺(tái)山境內(nèi)，靠近華東500 kV電網(wǎng)負(fù)荷中心，在華東電網(wǎng)主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等多種任務(wù)。桐柏抽水蓄能電站裝設(shè)了4臺(tái)300 MW可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)，主要有停機(jī)、發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相5種穩(wěn)定運(yùn)行工況。

抽水蓄能電站利用可以兼具水泵和水輪機(jī)2種工作方式的蓄能機(jī)組，在電力負(fù)荷出現(xiàn)低谷時(shí)（夜間）做水泵運(yùn)行，用基荷火電機(jī)組發(fā)出的多余電能將下水庫的水抽到上水庫貯存起來，在電力負(fù)荷出現(xiàn)高峰時(shí)（下午及晚間）作水輪機(jī)運(yùn)行，將水放下來發(fā)電。抽水蓄能電站可以按照計(jì)劃發(fā)電，在電網(wǎng)中承擔(dān)峰荷或腰荷，而其更大的作用是在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)不定時(shí)的調(diào)峰和調(diào)頻任務(wù)。另外，抽水蓄能機(jī)組也可以擔(dān)負(fù)調(diào)相任務(wù)，在事故備用（包括旋轉(zhuǎn)備用）方面更具有優(yōu)勢(shì)。

抽水蓄能電站蓄能機(jī)組是電力系統(tǒng)中最具靈活性的調(diào)節(jié)設(shè)備，要求能最快地從一種工況轉(zhuǎn)入另一種工況，抽水蓄能電站在進(jìn)行抽水工況之前，為了更可靠運(yùn)行，一般都將機(jī)組開至抽水調(diào)相工況之后再轉(zhuǎn)至抽水工況運(yùn)行，在停機(jī)至抽水調(diào)相工況過程中，需要進(jìn)行充氣壓水。

1 調(diào)相壓水系統(tǒng)的組成

調(diào)相壓水系統(tǒng)由壓縮空氣氣機(jī)、尾水管水位浮子測(cè)量裝置系統(tǒng)、調(diào)相壓氣罐系統(tǒng)、壓水閥門系統(tǒng)以及其流程轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)、蝸殼泄壓閥門等組成，其組成系統(tǒng)見圖1。

圖1 壓水系統(tǒng)的組成

桐柏電站抽水蓄能機(jī)組水泵水輪機(jī)及其主要輔助設(shè)備為奧地利VATECH公司提供，水泵水輪機(jī)額定軸出力為306 MW，額定凈水頭244.0 m，額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，本機(jī)組調(diào)相壓氣氣源采用高壓氣系統(tǒng)，額定氣壓為8.0 MPa，每臺(tái)機(jī)組配置2個(gè)串聯(lián)的調(diào)相高壓氣罐。機(jī)組調(diào)相壓水及回水閥門組包括主壓水閥、補(bǔ)氣壓水閥，尾水管水位測(cè)量裝置布置于尾水錐管室，水位傳感器為壓差式傳感器，直接向監(jiān)控系統(tǒng)輸出模擬量，由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)模擬量設(shè)定開關(guān)壓水閥門。

2 桐柏電站抽水蓄能機(jī)組調(diào)相壓水的啟動(dòng)流程

2.1 調(diào)相壓水順控流程

調(diào)相壓水預(yù)條件：迷宮冷卻水閥打開，導(dǎo)葉全關(guān)，蝸殼排氣閥關(guān)閉，轉(zhuǎn)輪排氣閥關(guān)閉。

預(yù)條件滿足后進(jìn)行以下步驟：

步序一：打開調(diào)相壓水進(jìn)氣閥，閥門全開后15 s復(fù)歸開閥令。

步序二：關(guān)閉調(diào)相壓水進(jìn)氣閥，閥門全關(guān)后1 s復(fù)歸關(guān)閥令。

步序三：再次打開調(diào)相壓水進(jìn)氣閥（反饋未收到下面尾水管信號(hào)，滿足再次開閥條件，命令已發(fā)出），“尾水管水位太高&高否”或“尾水管水位低”或“尾水管水位太低”動(dòng)作后1 s復(fù)歸開閥令；只要尾水管水位反饋收到后，第3步執(zhí)行完畢，立即執(zhí)行第4步關(guān)閥，同時(shí)延時(shí)1 s復(fù)歸開閥命令。

步序四：關(guān)閉調(diào)相壓水進(jìn)氣閥，閥門全關(guān)后復(fù)歸關(guān)閥令。

步序五：以上4步完成后，如果球閥全關(guān)、球閥旁通閥已全關(guān)，開啟蝸殼泄壓閥，閥門全開后復(fù)歸開閥令。

壓水流程子程序共分為五步，其中任意一步發(fā)生超時(shí)報(bào)警或者預(yù)條件丟失都將觸發(fā)壓水失敗報(bào)警信號(hào)。

2.2 調(diào)相壓水順控流程詳解

機(jī)組在調(diào)相壓水過程中，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速＞10%Nr，且同時(shí)收到上下迷宮冷卻水閥打開、導(dǎo)葉全關(guān)、蝸殼排氣閥全關(guān)、轉(zhuǎn)輪室排氣閥全關(guān)信號(hào)時(shí)，調(diào)相壓水閥打開15 s進(jìn)行壓水，若此時(shí)尾水管水位未達(dá)到停止壓水高程（尾水管水位高和太高浮子均復(fù)歸或者尾水管水位低或太低浮子動(dòng)作），間隔1 s后調(diào)相壓水閥再次打開進(jìn)行壓水，直到壓水至尾水管水位低于停止壓水高程后延時(shí)1 s自動(dòng)關(guān)閉（在隨后的壓水保持過程中不再開啟），隨后在收到球閥全關(guān)、球閥工作旁通閥全關(guān)信號(hào)后開啟蝸殼泄壓閥，標(biāo)志著機(jī)組壓水成功，進(jìn)入到壓水保持階段。

在壓水保持的情況下，尾水管水位高或者太高動(dòng)作，調(diào)相壓水補(bǔ)氣閥會(huì)立刻打開。而關(guān)閉的前提條件是：（1）在壓水保持的情況下，尾水管水位低，延時(shí)60 s補(bǔ)氣閥關(guān)閉；（2）在壓水保持的情況下，尾水管水位太低動(dòng)作，補(bǔ)氣閥立刻關(guān)閉；（3）壓水保持成功1 s內(nèi)，補(bǔ)氣閥不會(huì)打開；（4）在發(fā)電調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電、發(fā)電調(diào)相轉(zhuǎn)停機(jī)、抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水、抽水調(diào)相轉(zhuǎn)停機(jī)流程中，調(diào)相壓水補(bǔ)氣閥會(huì)關(guān)閉。

3 調(diào)相壓水過程出現(xiàn)的問題及處理

3.1 步序三邏輯優(yōu)化

機(jī)抽水調(diào)相開機(jī)過程中執(zhí)行壓水流程時(shí)，偶發(fā)充氣壓水閥在短時(shí)間內(nèi)開關(guān)2次的情況。機(jī)組在調(diào)相壓水過程中，充氣壓水閥打開15 s壓水之后，尾水管水位低已經(jīng)動(dòng)作，由于尾水管水位太低信號(hào)傳輸延時(shí)，導(dǎo)致已經(jīng)收到充氣壓水閥關(guān)閉位置，卻未收到尾水管太低信號(hào)，出現(xiàn)步序三條件未滿足再開啟一次充氣壓水閥，在充氣壓水閥再次開啟1 s左右，收到了尾水管太低信號(hào)，立即關(guān)閉充氣壓水閥，從而產(chǎn)生充氣壓水閥短時(shí)間內(nèi)開關(guān)2次情況。

為避免主壓水閥的頻繁開關(guān)，保證壓水流程的正常執(zhí)行，壓水流程步序三的開主壓水閥步序命令增加2 s延時(shí)（詳見圖2）。

圖2 步序三主壓水閥步序命令增加2 s延時(shí)

3.2 步序五邏輯優(yōu)化

在執(zhí)行壓水邏輯過程中，當(dāng)出現(xiàn)壓水步序三的發(fā)令時(shí)間與反饋收到時(shí)間過短（0.1～0.6 s），導(dǎo)致充氣壓水閥實(shí)際位置未動(dòng)作開到位的情況下即直接將壓水流程走到步序五。在執(zhí)行步序五的過程中發(fā)充氣壓水閥實(shí)際位置動(dòng)作至中間態(tài)的信號(hào)，導(dǎo)致步序四反饋不滿足，即步序五的預(yù)條件丟失，從而產(chǎn)生調(diào)相壓水失敗報(bào)警信號(hào)。

為避免在執(zhí)行壓水步序五的過程中，因預(yù)條件信號(hào)抖動(dòng)導(dǎo)致壓水失敗，現(xiàn)在壓水步序五的預(yù)條件中增加2 s的下降延時(shí)（詳見圖3）。

3.3 壓水保持階段邏輯優(yōu)化

在壓水保持的情況下，尾水管水位高動(dòng)作，調(diào)相壓水補(bǔ)氣閥故障未打開，導(dǎo)致尾水水位持續(xù)上升，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組濺水功率保護(hù)動(dòng)作。為提高機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)成功率，對(duì)壓水保持階段主壓水閥動(dòng)作邏輯進(jìn)行優(yōu)化：壓水保持過程中，當(dāng)有壓水補(bǔ)氣閥開命令且尾水水位高和太高同時(shí)動(dòng)作后，延時(shí)2 s打開充氣壓水閥；壓水保持過程中，當(dāng)尾水水位低動(dòng)作延時(shí)2 s或尾水水位太低動(dòng)作時(shí)或發(fā)生壓水流程轉(zhuǎn)換時(shí)均會(huì)動(dòng)作關(guān)充氣壓水閥（詳見圖4）。

圖3 步序五預(yù)條件增加2 s下降沿延時(shí)

圖4 增加壓水保持過程開充氣壓水閥邏輯

4 結(jié)論

調(diào)相壓水是調(diào)相開機(jī)最薄弱環(huán)節(jié)，通過對(duì)調(diào)相壓水的分析，找到根本原因所在，多次結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)調(diào)相壓水的順控流程進(jìn)行優(yōu)化，問題得到根本解決，對(duì)抽水調(diào)相成功率提供有力保障，優(yōu)化的過程可供其他抽水蓄能電站借鑒。