尾水管水位信號在調(diào)相壓水過程中的影響

樊志偉，鄭心勤，朱文娟，劉軒宇，王青亞

（1.華東桐柏發(fā)電有限責任公司，浙江天臺 317200；2.中國水電五局機電制造安裝分局桐柏項目部，浙江 天臺 317200）

尾水管水位信號在調(diào)相壓水過程中的影響

樊志偉1，鄭心勤2，朱文娟1，劉軒宇1，王青亞1

（1.華東桐柏發(fā)電有限責任公司，浙江天臺 317200；2.中國水電五局機電制造安裝分局桐柏項目部，浙江 天臺 317200）

調(diào)相壓水過程是抽水蓄能機組在水泵工況啟動時，其工況轉(zhuǎn)換過程中的一個重要組成部分。通過介紹華東桐柏抽水蓄能電站投產(chǎn)時機組在同步調(diào)相運行的壓水邏輯自動控制流程，分析尾水管水位信號對機組在調(diào)相壓水過程中的影響，以及調(diào)相壓水控制邏輯的完善過程。

調(diào)相壓水過程；控制邏輯；完善

0 引言

華東桐柏抽水蓄能電站共安裝4臺單機容量300MW立軸單級混流可逆式水泵水輪機組，在2006年底全部投產(chǎn)發(fā)電，以二回500kV出線接入華東電網(wǎng)，承擔調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用任務。

抽水蓄能機組在水輪機或水泵轉(zhuǎn)向作同步調(diào)相運行時，為減少機組的功率損耗，在水泵工況啟動時，要在水泵水輪機轉(zhuǎn)輪室中強制注入壓縮空氣，將水泵水輪機轉(zhuǎn)輪室中的水位壓離轉(zhuǎn)輪，使轉(zhuǎn)輪在空氣中運轉(zhuǎn)，這樣不但能減小啟動力矩，還可以降低啟動過程中的機組震動。桐柏機組調(diào)相壓水用壓縮空氣系統(tǒng)，工作壓力為8MPa，該系統(tǒng)主要由空氣壓縮機、貯氣罐、配管及閥門等組成，在桐柏采用了組合式的供氣運行方式，即，4臺機組總共配置了7臺由英國hamworthy公司生產(chǎn)的大容量的壓縮機，每臺水泵水輪機單獨設(shè)置2個12m3的貯氣罐，在貯氣罐之間安裝有連通閥。按照相關(guān)規(guī)定，從壓水開始至尾水管內(nèi)的水面壓到規(guī)定水位為止的1次壓水操作過程，由貯氣罐供氣，此后的補氣和在一定時間內(nèi)恢復儲氣罐壓力由空氣壓縮機完成。水泵水輪機壓水運行用主壓水閥采用的是液壓式蝶閥，由壓水控制邏輯控制打開和關(guān)閉，而壓水補氣閥采用的是電磁閥，由尾水管水位信號在壓水控制邏輯中實現(xiàn)其打開和關(guān)閉。兩閥門的開、關(guān)信號均由安裝在閥體上面的感應式傳感器來完成。

1 桐柏電站機組投產(chǎn)時調(diào)相壓水邏輯的控制過程

抽水調(diào)相開機后，當機組轉(zhuǎn)速＞10%時，啟動機組調(diào)相壓水控制邏輯。邏輯在執(zhí)行時，下迷宮環(huán)冷卻水閥打開、導葉關(guān)閉、蝸殼排氣閥關(guān)閉、轉(zhuǎn)輪室排氣閥關(guān)閉,以上狀態(tài)必須滿足要求。首先，調(diào)相壓水主壓水閥打開，延時15s后關(guān)閉；在1s內(nèi),如果尾水管水位太高信號和尾水管水位高信號為“否”，蝸殼泄壓閥打開，進入壓水保持。否則主壓水閥就會再次打開，直到出現(xiàn)尾水管水位太高信號和尾水管水位高信號為“否”，為止。進入壓水保持后，當出現(xiàn)尾水管水位太高或尾水管水位高信號，打開調(diào)相壓水補氣閥，進行補氣，直到水位低信號時，則立即關(guān)閉補氣閥。當機組轉(zhuǎn)速＞98%后，機組進入調(diào)速器調(diào)相模式。

在機組跳閘邏輯中，機組調(diào)相壓水運行時，如果出現(xiàn)過度壓水，即，當尾水管水位太低，延時420s會轉(zhuǎn)機械事故停機。

2 機組投產(chǎn)時尾水管水位信號對機組在調(diào)相壓水過程中的影響

機組在調(diào)相壓水運行時，水面雖然在壓水保持，仍會在轉(zhuǎn)輪的作用下做周期的旋轉(zhuǎn)，會發(fā)生上下的波動，當水面上升與轉(zhuǎn)輪有接觸時，水位太高或高傳感器動作，隨即進入壓水補氣階段，所以說壓水時，尾水管的水位測量很重要，它直接影響到壓水過程的成功與否。尾水管的水位測量，桐柏電站采用的是MOBREY Squitch 2超聲波液位開關(guān)，安裝于尾水管進人孔處，其壓水水位測量系統(tǒng)見圖1。傳感器是以超聲波為主的信號開關(guān)，其內(nèi)部有選擇動作狀態(tài)撥碼開關(guān)（WET狀態(tài)與DRY狀態(tài)），在壓水過程中測量尾水管水位時，采用的動作狀態(tài)為DRY，當聲波傳送橫跨缺口只有空氣存在時是沒有信號的，表示此時水位已在該傳感器以下，傳感器外殼的LED燈在常亮狀態(tài)，顯示一個干燥狀態(tài)發(fā)出信號，該信號直接送入機組控制單元，完成壓水邏輯自動控制過程。

圖1 壓水水位測量系統(tǒng)圖

尾水管水位傳感器，在安裝前，要進行模擬試驗，接線如圖2，試驗電壓為DC 24V，根據(jù)實際的工作狀態(tài)，把傳感器的狀態(tài)撥碼放在“DRY”位置，接通電源后，接點①～②之間電阻為0.984Ω，傳感器置水中，接點①～②斷開，之間有電壓DC 20.9V左右，此時，傳感器LED燈閃亮，拿離水面后，接點①～②閉合，之間電壓DC6.3V左右，此時，傳感器LED燈常亮。現(xiàn)場安裝時傳感器的“U”型橫跨缺口必須跟連通管平行，即傳感器固定螺帽上面的開口槽與連通管平行。

圖2 尾水管水位傳感器接線圖

根據(jù)投產(chǎn)時的調(diào)相壓水控制邏輯，如果，機組在調(diào)相壓水過程中，出現(xiàn)尾水管水位高信號拒動時，會造成尾水管過度壓水，并且會造成機組壓水失敗而轉(zhuǎn)停機，引發(fā)調(diào)相壓水開機不成功；尾水管水位過高或高信號抖動時，也會造成補氣閥頻繁開、關(guān)，造成過度壓水，并且還會縮短補氣電磁閥的壽命。

在調(diào)相壓水開機過程中，發(fā)電機轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)，由于“風扇效應”的影響，在轉(zhuǎn)輪以下的水仍會作周期的旋轉(zhuǎn)，水位作上下的波動，在尾水管處會產(chǎn)生一定程度的震動，由于液位計所安裝的連通管上面，設(shè)置了上下部隔離閥，在機組運行過程中，隔離閥的開度也會影響到壓水的質(zhì)量，隔離閥開度過小會造成震動過大，使安裝在尾水管處的液位開關(guān)自身內(nèi)部元件損壞，使其動作失效。這需要運行人員格外關(guān)注，如有信號異常情況，應立即通知檢修人員及時檢查，元件損壞，應立即更換，防止造成調(diào)相壓水開機不成功。

3 調(diào)相壓水邏輯的完善過程

機組投產(chǎn)時，由于部分壓水邏輯設(shè)計時不夠完善，為了提高機組抽水調(diào)相開機的成功率，解決因尾水管水位傳感器信號原因造成的抽水調(diào)相開機不成功問題，決定對機組調(diào)相壓水邏輯進行完善。

（1）在調(diào)相壓水開機過程中，若尾水管水位高信號拒動，會造成主壓水閥再次打開，造成過度壓水，引發(fā)抽水調(diào)相開機不成功。投產(chǎn)時壓水保持預條件邏輯圖具體見圖3，通過動作邏輯圖可知，當收到尾水管水位太高信號和尾水管水位高信號同時為“否”，主壓水閥才關(guān)閉，蝸殼泄壓閥才打開，進入壓水保持，如果某一信號出現(xiàn)異常，將會導致壓水失敗。因多次出現(xiàn)以上情況，造成壓水失敗，經(jīng)過分析后，在進入壓水保持的預條件前，增加了當尾水管水位低（DFT_W_L_L）或過低（DFT_W_L_TL）信號動作時。即，在主壓水閥打開（AIV_OP），1s內(nèi)如果收到尾水管水位太高信號（DFT_W_L_TH）和尾水管水位高（DFT_W_L_H）信號為“否”，或者，尾水管水位低和過低信號任一動作時，都會將主壓水閥關(guān)閉并進入壓水保持。修改后的壓水保持預條件邏輯具體見圖4。

圖3 機組投產(chǎn)時的壓水保持預條件邏輯

圖4 修改后的壓水保持預件邏輯

（2）在機組投產(chǎn)時的壓水補氣閥打開邏輯條件中，只有水位低信號出現(xiàn)后，才會去復歸，使壓水補氣閥關(guān)閉，但是水位高或太高某一信號抖動，將會造成補氣閥頻繁開、關(guān)，造成過度壓水的現(xiàn)象，并且縮短補氣電磁閥的壽命。動作邏輯見圖5修改前的壓水補氣閥打開條件，為了消除以上各方面的不足，經(jīng)過分析，在原邏輯的基礎(chǔ)上，作了部分修改，在進入壓水保持時（DEWAT_K）后，當水位高或太高動作，壓水補氣閥打開，收到水位低信號時延時60s關(guān)閉補氣閥，如果水位太低信號動作則立即關(guān)補氣閥。動作邏輯見圖6修改后的壓水補氣閥打開條件。

圖5 機組投產(chǎn)時的壓水補氣閥打開條件

圖6 修改后的壓水補氣閥打開條件

（3）為了防止出現(xiàn)過度壓水現(xiàn)象去跳機。做了一小部分修改，在原機組的跳閘邏輯中，如果出現(xiàn)尾水管水位太低，延時420s會轉(zhuǎn)機械事故停機。現(xiàn)取消該跳閘信號，改為延時180s發(fā)紅色報警。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對機組的調(diào)相壓水過程控制邏輯的討論分析，對其中的存在不足之處，作了相應的完善。解決了機組在調(diào)相開機過程中，因尾水管水位測量信號問題，造成的調(diào)相開機不成功。從而提高了桐柏機組調(diào)相開機的成功率。為電站在華東電網(wǎng)，承擔調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用任務奠定了基礎(chǔ)。

[1]韋應發(fā).水輪機調(diào)相壓水過程分析及其水位測量[J].通用機械,2009，（1）：74.

TK734

B

1672-5387（2011）02-0035-03

2011-01-06

樊志偉（1981-），男，助理工程師，從事水電站技術(shù)管理工作。