國產抽水蓄能機組調速器分段關閉裝置的應用

邢紅超

（安徽響水澗抽水蓄能有限公司安徽蕪湖241083）

國產抽水蓄能機組調速器分段關閉裝置的應用

邢紅超

（安徽響水澗抽水蓄能有限公司安徽蕪湖241083）

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

國產；抽水蓄能機組；分段關閉裝置

抽水蓄能機組在電網中承擔調峰填谷、調頻、調相、事故備用及黑啟動的任務，為保障電網的安全穩(wěn)定經濟運行提供了有效手段。抽水蓄能機組的調速器作為機組主要的控制設備之一，對保證抽水蓄能機組根據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 結構組成和工作原理

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

1.1 水輪機工況

當機組在水輪機工況運行時，電磁閥EV7、EV8不帶電，分段關閉裝置處于水輪機工況。當達到拐點時，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，分段關閉閥Ⅱ起節(jié)流作用，主接力器的關閉速度變慢，可以通過調節(jié)C6頂端調節(jié)螺母來調整閥芯開口大小，從而改變關機速度。

1.2 水泵工況

當機組在水泵工況時，電磁閥EV7、EV8線圈得電，分段關閉裝置處于水泵工況。

分段關閉的第一段速率由分段關閉閥Ⅰ調整，調節(jié)分段關閉閥Ⅰ上的調節(jié)螺桿，可以調節(jié)第一段關閉速率。第二段速率由分段關閉閥Ⅱ調整，當達到拐點時，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，分段關閉閥Ⅱ起節(jié)流作用，主接力器的關閉速度變慢，可以通過調節(jié)C7頂端調節(jié)螺母來調整閥芯開口大小，從而改變關機速度。

2 分段關閉裝置設計特點

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

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

3 分段關閉規(guī)律介紹

在0～100%范圍內，接力器以設定的速度關閉。水輪機工況導葉的第一段關閉時間為2.65S（含調速器遲滯時間0.2S），接力器行程由100%關至65%；第二段關閉時間為21.7S，接力器行程由65%至全關。水泵工況導葉的第一段關閉時間為14.2S（含調速器遲滯時間0.2S），接力器行程由100%關至10%；第二段關閉時間為5S，接力器行程由10%至全關。

計算分析：

（1）毛水頭

圖1 分段關閉系統(tǒng)

毛水頭：Hg=Z1-Z2

式中：Z1-上游水位（m）；Z2-下游水位（m）。

（2）轉速上升率

式中：β-轉速上升率；nmax-甩負荷時最高轉速；n0-甩負荷前穩(wěn)定轉速。

（3）蝸殼水壓上升率

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

4 控制程序設計

PCC硬件的模塊化設計給抽水蓄能機組調速器的硬件結構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組調速器的硬件主體。CP340作為調節(jié)系統(tǒng)的主CPU模塊，該模塊功能強大，主頻266MHz，具有512KB SRAM，16MB FlashPROM，1個100M以太網接口，1個RS232接口；CP340還具有強大的通信、計算和管理功能，可以輕松完成調速器所有信息的采集、數據處理、調節(jié)計算、控制輸出、通訊、調度管理等[2]。

5 技術改造

應用于響水澗的分段關閉裝置需要水輪機方向和水泵方向均要實現(xiàn)分段關閉的功能，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，分段關閉裝置不能確認機組運行方向，會造成分段關閉裝置動作規(guī)律變化的可能性。

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

為解決機組在水泵工況下發(fā)生緊急停機、且發(fā)生全廠掉電的時候，此時機組停機規(guī)律發(fā)生變化的情況，現(xiàn)將原設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，若機組當前處于水泵運行工況，且機組當前發(fā)生緊急停機工況，即便全廠掉電，此時機組的關閉規(guī)律也不會會發(fā)生變化。

6 結束語

抽水蓄能機組在電網中發(fā)揮著特殊作用，機組在發(fā)電和抽水運行時如遇事故發(fā)生導葉在關閉過程中，揚程、轉速、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葉分段關閉規(guī)律使壓力鋼管及尾水管中水壓振蕩最小，從而讓機組穩(wěn)定運行在“S”區(qū)，降低機組的不穩(wěn)定性，切實維護電網安全，此結構的抽水蓄能機組分段關閉裝置集成化設計、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組安全、穩(wěn)定、可靠運行起到了至關重要的作用。

[1]沈祖詒.水輪機調節(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[M].北京：清華大學出版社，1988.

TV743

A

1004-7344（2016）28-0063-02

2016-9-9

圖2 分段關閉改造液壓設計方案

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工作。