抽水蓄能機組主進水閥與尾水事故閘門的安全聯鎖控制

劉鵬龍，張 旭，張紅方

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636）

抽水蓄能機組主進水閥與尾水事故閘門的安全聯鎖控制

劉鵬龍，張 旭，張紅方

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636）

論述了大型抽水蓄能機組主進水閥與尾水事故閘門的安全聯鎖控制的設計依據、方法及注意事項等。

抽水蓄能；主進水閥；尾水事故閘門；聯鎖控制

1 前言

抽水蓄能電站一般由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房洞室群、地面開關站等建筑物組成，具有上、下水庫落差大，機組轉速高，設備分布區域廣等特點，在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用等任務。主進水閥和尾水事故閘門是抽水蓄能機組重要的機械設備，為了防止尾水事故閘門意外水力破壞，保障電站主設備及地下洞室群安全，根據以下有關規程規范及反措要求，抽水蓄能機組主進水閥與尾水事故閘門之間應有安全聯鎖控制。

（1）能源行業標準NB/T 35004-2013《水力發電廠自動化設計技術規范》第5.2.8條：在工況轉換過程中，進水閥應與尾水事故閘門實現操作閉鎖。尾水事故閘門關閉時，進水閥不得開啟；進水閥開啟時，尾水事故閘門不得關閉。

（2）國家電網公司發布的《水電廠重大反事故措施》第9.4.1.1條：抽水蓄能機組和尾水閘門可自動控制的常規機組，主進水閥與尾閘應有主進水閥全關后尾閘方可關閉，尾閘全開后主進水閥方可開啟的閉鎖關系。

2 主進水閥和尾水事故閘門簡介

2.1 主進水閥

抽水蓄能機組主進水閥是指安裝于水泵水輪機蝸殼與引水系統壓力管道之間的閥門，主要用于將水泵水輪機與壓力管道隔開和在緊急情況下切斷壓力管道內水流。機組停機狀態時主進水閥關閉可減少機組漏水量；機組檢修時，關閉主進水閥可靠隔斷上游壓力水源，保障檢修安全；調速器故障失靈、機組段大量漏水等緊急情況下，主進水閥可動水緊急關閉隔斷水流，防止事故擴大造成機組飛逸或水淹廠房。主進水閥常見類型有球閥和蝶閥，通常采用液壓操作方式，球閥一般用于水頭200 m以上的抽水蓄能機組，蝶閥一般用于水頭200 m以下的抽水蓄能機組，現在運行中的抽水蓄能機組大多水頭較高，球閥較為常見。

2.2 尾水事故閘門

抽水蓄能機組尾水事故閘門是指安裝于機組尾水管與尾水隧洞之間閘門，主要用于將水泵水輪機與尾水隧洞隔開和在緊急情況下切斷機組下游側水源。機組在正常運行期間，尾水事故閘門保持全開狀態，保證機組流道暢通；機組檢修時，關閉尾水事故閘門切斷下游側水源，保障檢修安全；機組段發生大量漏水等緊急情況時，可動水緊急關閉隔斷下游水源，防止事故擴大或水淹廠房。尾水事故閘門一般采用平板閘門，能夠承受下游側的單向水壓，有液壓啟閉機和固定卷揚式啟閉機兩種操作方式，現在運行中的抽水蓄能機組尾水事故閘門大多采用液壓啟閉機操作方式。

3 主進水閥與尾水事故閘門的安全閉鎖控制

3.1 主進水閥的開啟與關閉

（1）主進水閥開啟操作

為防止主進水閥開啟導致尾水事故閘門損壞事故，主進水閥開啟操作條件中應滿足尾水事故閘門全開，且硬布線回路如圖1所示，計算機監控系統控制程序和主進水閥現地PLC控制程序中應有與圖1類似的安全閉鎖條件。

圖1 主進水閥開啟操作硬布線回路示意圖

說明：

1）為提高安全性，宜采用尾水事故閘門全開信號和鎖定（或制動器）投入冗余閉鎖條件，控制回路電源宜采用220 V直流電源。

2）尾水事故閘門全開信號宜采用開關量信號。

3）尾水事故閘門采用液壓操作方式時，使用鎖定投入信號；采用卷揚機操作方式時，使用制動器投入信號。

4）主進水閥本體開啟其他閉鎖條件應至少包含：主進水閥工作密封退出、檢修密封退出、液壓鎖定退出、上下游平壓等必要條件。

5）主進水閥開啟令包括遠方開啟令、現地開啟令和現地手動開啟令。

（2）主進水閥關閉操作

主進水閥關閉操作不受尾水事故閘門狀態的制約，即無論尾水事故閘門是何狀態，不影響主進水閥關閉操作。

3.2 尾水事故閘門的開啟與關閉

（1）尾水事故閘門開啟操作

尾水事故閘門開啟操作不受主進水閥狀態的制約。有些控制設計中把主進水閥全關作為尾水事故閘門開啟應滿足的的條件之一，其實沒有什么實質性的意義。

（2）尾水事故閘門關閉操作

為防止機組上游壓力水源損壞尾水事故閘門，尾水事故閘門關閉操作條件中應滿足主進水閥全關，硬布線回路如圖2所示，計算機監控系統控制程序和尾水事故閘門現地PLC控制程序中應有與圖2類似的安全閉鎖條件。

圖2 尾水事故閘門關閉操作硬布線回路示意圖

說明：

1）為提高安全性，宜采用主進水閥全關信號和主進水閥工作密封投入冗余閉鎖條件，控制回路電源宜采用220 V直流電源。

2）主進水閥全關信號宜采用開關量信號。

3）尾水事故閘門令包括遠方關閉令和現地關閉令。其中遠方關閉令包含計算機監控系統控制程序令、水淹廠房緊急落門令、遠方緊急硬布線落門令等，現地落門令包括現地自動落門令、現地手動落門令等。

3.3 尾水事故閘門的意外關閉

為防止機組上游壓力水源損壞尾水事故閘門，尾水事故閘門意外關閉時應觸發緊急關閉主進水閥（硬布線回路示意圖如圖3所示）和水力機械事故停機。計算機監控系統控制程序和主進水閥現地PLC控制程序中也應有此安全控制邏輯。

采用液壓啟閉機操作方式的尾水事故閘門，一般設計有自動重提門控制，閘門輕微下滑后，通過重提門控制自動提門至全開位置，當閘門重提門失敗，閘門繼續下滑至事故位置時，觸發緊急關閉主進水閥和水力機械事故停機。

采用固定卷揚式啟閉機操作方式的尾水事故閘門，一般沒有自動重提門控制，閘門全開信號丟失應觸發緊急關閉主進水閥和水力機械事故停機。

圖3 主進水閥關閉操作硬布線回路示意圖

說明：

1）為提高安全性，宜采用兩個尾水事故閘門事故位置作為冗余觸發關閉主進水閥條件，控制回路本著“故障導向安全”的原則，設計成串聯回路，主進水閥關閉電磁閥失磁時關閉主進水閥；控制回路電源宜采用220V直流電源。

2）尾水事故閘門下滑至事故位置宜采用開關量信號。

3）主進水閥關閉操作其他觸發條件應至少包含：機組機械事故停機、機組電氣事故停機、水淹廠房保護動作等必要條件。

4）計算機監控系統控制程序和主進水閥現地PLC控制程序中也應有此安全控制邏輯（圖中未體現此內容）。

4 結束語

抽水蓄能電站多為地下式廠房，地下洞室群多而復雜，尾水事故閘門損壞危及機組及廠房的安全運行。主進水閥和尾水事故閘門是抽水蓄能機組重要的水力機械設備，在機組正常運行和事故情況下均發揮著重要作用，安全可靠的聯鎖控制能夠防止尾水事故尾閘被上游壓力水源意外破壞，提高地下廠房的安全性。

TV734

B

1672-5387（2016）10-0044-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.013

2016-04-07

劉鵬龍（1984-），男，高級工程師，從事抽水蓄能自動控制與保護研究工作。