白蓮河抽水蓄能電站雙機甩負荷試驗分析

楊洪濤

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 羅田 438600）

1 工程概況

湖北白蓮河抽水蓄能電站安裝有4臺300 MW單級混流式可逆式水泵水輪發電電動機組；發電電動機和主變壓器采用單元接線方式，之間通過IPB連接，設換相開關與發電機斷路器；每兩臺主變高壓側接入一套地下500 kV GIS聯合單元，經500 kV干式高壓電纜接入地面500 kV GIS。地面GIS共二回進線、一回出線，接入大吉500 kV電網。

電站首臺機組于2009年5月22日首次啟動，11月21日完成30 d考核試運行，最后一臺機于2010年12月27日完成30 d考核試運行。電站3、4號機組雙機甩負荷試驗于2010年4月完成，1、2號機組雙機甩負荷試驗于2011年1月20日完成。

2 電站主要參數

2.1 水力特性參數

電站上水庫正常蓄水位308 m，死水位291 m；下水庫正常蓄水位104.00 m，死水位96.00 m，極限死水位91.00 m。引水系統采用一洞兩機的布置方式，引水系統長1 425.39～1 499.70 m，由上庫進/出水口、引水上平洞、調壓井、引水豎井、引水下平洞、引水岔管和鋼襯引水支洞等組成，引水隧洞洞徑9.00 m、支洞洞徑5.60 m。尾水系統采用兩機一洞方式布置，尾水系統長397.53～420.536 m，由尾水支洞、尾水閘門洞、尾水岔管、尾水隧洞、下庫進/出水口組成，尾水管 （支洞）洞徑7.40 m，尾水隧洞洞徑10.00 m。

2.2 水泵水輪機參數

白蓮河抽水蓄能電站水泵水輪機額定出力306 MW，額定水頭195 m，額定流量171.2 m3/s，額定轉速250 r/m，吸出高度-50 m，穩態飛逸轉速＜410 r/m， 轉動慣量 GD2為 800 t·m2。

2.3 發電電動機參數

發電電動機型式為立軸三相半傘式空冷可逆式同步發電電動機，發電工況額定容量334 MV·A，電動工況額定容量325 MW，發電電動機額定電壓15.75 kV，額定功率因數 （發電工況）為0.9（滯后），發電電動機轉動慣量GD2為18 500 t·m2。

表1 雙機甩負荷試驗測點定義

表2 1、2號機雙機甩負荷時試驗結果匯總

3 試驗簡述

3.1 試驗測點布置選擇

因抽水蓄能電站的特殊性，一般設計在機組甩負荷后均直接作用于機組緊急停機。因此在做雙機甩負荷試驗時，試驗測點與單機甩負荷試驗會有所不同。以白蓮河抽水蓄能電站1、2號機組為例，一般應包括表1所列測點。試驗測點可以采用已安裝的傳感器，但應對傳感器進行校驗，確保傳感器的精度滿足試驗要求。一般情況下，為了確保試驗結果準確性和真實性，均應重新安裝通過校驗的壓力傳感器，且安裝位置應嚴格按設計或廠家要求進行，與壓力傳感器連接管路應盡可能縮短。

3.2 試驗步驟

（1）分別啟動單機帶50%負荷，校核新安裝傳感器及接線是否準確。

（2）依次按雙機甩50%、75%、100%負荷進行試驗。每次甩負荷試驗后應對試驗結果與標準和規范進行對比分析，并對兩臺機組轉動部件進行全面檢查，只有在得到確認后，才能進行下步試驗。

（3）依次按一臺機組帶100%負荷，另一臺機甩50%、75%、100%負荷，每次甩負荷后均應對試驗結果與標準和規范進行對比分析，并對甩負荷機組轉動部件進行全面檢查，只有在得到確認后，才能進行下步試驗。

3.3 試驗結果

電站3、4號機組雙機甩負荷試驗由ALSTOM專業試驗團隊完成，1、2號機組雙機甩負荷試驗由湖北省電力試驗研究院完成。主要試驗結果如下。

3.3.1 同一流道雙機甩負荷試驗

電站雙機甩負荷試驗結果匯總表見表2、3。其中1、2號機組同時甩300 MW負荷曲線見圖1、2。

圖1 雙機甩100%負荷時1號機組測試曲線

3.3.2 同一流道雙機帶300 MW負荷，單機甩300 MW負荷試驗

雙機帶300 MW負荷，單機甩300 MW負荷試驗數據分別見表4、5，其中1、2號機組過渡過程曲線分別見圖3、圖4。

表3 3、4號機雙機甩負荷時試驗結果匯總

圖2 雙機甩100%負荷時2號機組測試曲線

表4 1、2號機組帶300 MW負荷，2號機甩300 MW負荷試驗數據

4 試驗結果分析

4.1 球閥與導葉關閉規律分析

電站機組甩負荷時導葉采用理論35.8 s直線關閉，球閥采用理論40.8 s直線關閉。甩負荷時，機組進入緊急停機程序，球閥和導葉接力器均同時緊急關閉，實際關閉規律與理論略有差異。現場實測3、4號機甩100%負荷時球閥與導葉接力器關閉規律如圖5所示。

表5 3、4號機組帶300 MW負荷，3號機甩300 MW負荷試驗數據機組

圖3 1號機組擾動測試曲線

圖4 2號機組甩100%負荷測試曲線

圖5 3、4號機同時甩100%負荷時球閥與導葉接力器關閉規律曲線

4.2 與廠家調保計算對比分析

在雙機甩負荷試驗前，廠家重新復核了雙機甩負荷過渡過程，并提交了計算報告，主要計算結果見表6。

表6 廠家對雙機甩負荷調節保證計算結果

通過表2、3與表6對比可知：

（1）廠家調節保證計算值蝸殼最大壓力、尾水管進口最小壓力、機組轉速最大上升率與現場試驗值存在一定偏差。

（2）現場甩負荷試驗機組轉速最大上升率為44.9%，滿足合同文件調節保證值的要求。

（3）雙機甩100%負荷試驗，蝸殼進口最大壓力測試值為3.12 MPa（1號機和3號機），已接近合同保證值3.2 MPa，而此時上庫水位分別是299.45 m和304.78 m，需進一步分析論證上水庫最高水位甩負荷時蝸殼壓力升高值。

（4）甩負荷試驗尾水管進口最小壓力為0.267 MPa，滿足合同文件調節保證值的要求。

4.3 與調保計算復核成果對比分析

現場完成3、4號機單機甩負荷試驗后，電站委托武漢大學根據機組實際特性曲線、導葉與球閥的實際關閉規律、流道的實際參數對電站調試運行期各種工況下的水力過渡過程進行了復核計算，并對雙機甩負荷結果進行了預測。特別是針對3、4號機雙機實際甩負荷時水位進行了反演計算分析，反演計算成果見表7。

表7 3、4號機雙機甩負荷反演計算成果

從表7與表2、3對比分析，反演計算結果與現場甩負荷試驗結果基本一致，調壓井水位理論計算變化值與實際結果十分接近。由于接力器關閉規律的非線性、利用數學方法處理的特性曲線與實際水輪機特性的差異，使得蝸殼進口最大壓力、尾水管進口最小壓力、機組轉速最大上升率的計算值與現場甩負荷測試值相比略偏小，但誤差大多控制在5%范圍之內。上述結果表明：調保計算復核所選用數學模型、參數及邊界條件正確，復核結果與現場實際甩負荷實測結果準確。

4.4 單機甩負荷時對另一臺機組影響分析

當同一流道雙機帶滿負荷，出現一臺機組甩負荷時，從表4、5及圖3可知，運行機組運行正常，通過與表1、表2對比可知：

（1)甩負荷機組蝸殼進口最大壓力、尾水管進口最小壓力、機組轉速最大上升率均小于雙機甩同等負荷時值，滿足合同文件調節保證值的要求。

（2)運行機組蝸殼進口最大壓力、尾水管進口最小壓力變化率分別為10%、-20%左右；最大負荷上升值4號機組57.5 MW，上升率19.33%，1號機組46.5 MW，上升率15.72%，滿足相關規范標準要求。

5 結 語

雙機甩負荷試驗，在試驗前除了應編制完善的試驗程序和應急預案外，還應結合電站實際參數，特別是單機甩負荷試驗的實際結果，對調保計算結果進行復核及對單機甩負荷試驗結果進行對比分析，在此基礎上提出雙機甩負荷預測結果和反演計算成果，只有這樣，才能確保雙機甩負荷試驗安全、可靠、順利完成。

［1］ 阿爾斯通.湖北白蓮河抽水蓄能電站雙機甩負荷過渡過程調節保證計算書［R］.阿爾斯通，2010.

［2］ 武漢大學.湖北白蓮河抽水蓄能電站雙機調試過渡過程計算與研究報告［R］.武漢：武漢大學，2010.

［3］ 湖北中興電力試驗研究有限公司.湖北白蓮河抽水蓄能電站雙機甩負荷試驗報告 ［R］.湖北中興電力試驗研究有限公司，2010.