洪屏抽水蓄能電站首臺機組抽水特性研究

鄧 磊，散齊國，周東岳，呂 滔

(1.國網新源控股有限公司技術中心，北京100161；2.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

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洪屏抽水蓄能電站首臺機組抽水特性研究

鄧 磊1，散齊國2，周東岳1，呂 滔1

(1.國網新源控股有限公司技術中心，北京100161；2.江西洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603)

對江西洪屏抽水蓄能電站首臺機組抽水特性進行了研究，包括濺水功率、首次抽水、水泵斷電、水泵事故停機、水泵正常停機、抽水轉抽水調相等，提出了保障抽水蓄能機組水泵調試安全的策略。

調相壓水系統；濺水功率；首次泵水；水泵斷電；抽水轉抽水調相；洪屏抽水蓄能電站

1 工程概況

江西洪屏抽水蓄能電站位于江西省靖安縣境內，安裝有4臺單機容量為300 MW的混流可逆式水泵水輪機—發電電動機組，上庫水位范圍733～716 m；下庫水位范圍181～163 m；水輪機方向額定出力306 MW，額定水頭540 m，額定流量62.5 m3/s，最大凈水頭564 m，最小凈水頭520 m；水泵最大揚程577 m，流量45 m3/s，水泵最小揚程539 m，流量53 m3/s；額定轉速500 r/min；吸出高度-70 m。引水系統采用兩洞四機豎井式布置，在豎井中部設置中平段；尾水系統采用兩洞四機“一坡到頂”布置。輸水道總長約2 621.5 m(沿1號機)，其中引水系統長1 400.7 m，尾水系統長1 220.8 m。

洪屏電站首臺機組采用水泵方向啟動，上庫充水至前池708 m高程，通過機組抽水充蓄上水庫。因此首臺機組的水泵特性顯得尤為重要，本文對首臺1號機組抽水特性試驗進行了研究，提出了保障調試安全的措施。

2 抽水特性研究

2.1 調相壓水特性研究

調相壓水系統由壓水液控閥、補氣電動閥、蝸殼泄壓液控閥、蝸殼排氣液控閥、轉輪排氣液控閥和轉輪排氣電動閥組成。根據經驗，為保證設備安全，確立了以下原則：

(1)監控系統與調相壓水控制系統之間采用分布式控制方式，避免發生控制沖突。

(2)通過時間控制閥門的開關，避免氣混水情況下感水探頭誤發報警信號。

(3)蝸殼泄壓閥與球閥建立聯閉鎖關系，在球閥關閉工作密封投入的條件下開關蝸殼泄壓閥，即抽水調相轉抽水時蝸殼泄壓閥關閉后才能開啟球閥，抽水轉抽水調相工況球閥工作密封投入才能開啟蝸殼泄壓閥。

(4)轉輪排氣液控閥的開關時機以及開關時間通過濺水功率試驗確認，按保證充分排氣和避免長時間打悶泵原則確定。

2.2 濺水功率特性研究

為保證設備安全，按球閥不開啟和球閥開啟進行兩次濺水功率試驗。

(1)球閥不開啟濺水功率試驗研究。排氣令下后，轉輪排氣液控閥立即開啟持續40 s。球閥不開啟條件下機組濺水功率穩定在約-50 MW，無葉區壓力(轉輪與導葉間壓力)約為5.75 MPa，如圖1所示。

圖1 球閥不開啟濺水功率試驗曲線

(2)球閥開啟濺水功率試驗研究。排氣令下后，轉輪排氣液控閥立即開啟持續40 s。球閥不開啟條件下機組濺水功率穩定在約-53 MW，無葉區壓力(轉輪與導葉間壓力)約為5.75 MPa，如圖2所示。從圖2可以看出，球閥開啟與球閥不開啟相比機組濺水功率略有增大，但增幅不大，無葉區壓力變化不大。

圖2 球閥開啟濺水功率試驗曲線

(3)確定抽水調相轉抽水工況條件。根據兩次濺水功率試驗成果，確定抽水調相轉抽水工況點為機組功率小于-48 MW或者無葉區壓力大于5.65 MPa，在球閥開度大于50%以及排氣回水完成的條件下開啟導葉向上庫抽水。

2.3 首次泵水及抽水特性研究

上庫水位710.4 m，下庫水位169.9 m條件下，進行首次泵水試驗。為確保安全，泵水試驗前進行了球閥和導葉開關試驗。

(1)球閥開關試驗，確認球閥正常開啟，正常關閉，機械事故緊急關閉、電氣事故緊急關閉功能正常。

(2)導葉開關試驗，確認導葉正常開啟、正常關閉，機械事故緊急關閉和電氣事故緊急關閉功能正常；同時進行了監控和調速器抽水調相轉抽水工況的模擬試驗，確保工況轉換時導葉開關規律以及不同事故下的導葉關閉規律滿足過渡過程設計要求。

(3)首次泵水試驗。分析首次泵水試驗發現，機組打悶泵時間持續約28 s，球閥50%開度節點時球閥開度約65%，說明信號到的較晚，實際球閥開啟令下至球閥閥體開啟時間約10 s，至50%球閥開度約需42 s，因此須進一步優化排氣程序。調整球閥50%開度節點在約51%左右動作，排氣令下后轉輪排氣閥延時16 s開啟，延長機組在一級濺水功率(-20 MW左右)時間，保證球閥能開啟50%開度以上，持續開啟時間由40 s調整為35 s，縮短在濺水功率(-53 MW左右)時間，以縮短打悶泵時間。

(4)正常抽水試驗。根據首次泵水試驗及多次抽水試驗結果優化流程后，確認轉輪排氣液控閥延時14s開啟，持續開啟時間32 s，機組濺水功率試驗時間從28 s縮短為16 s左右，該16 s內轉輪排氣液控閥處于開啟狀態，打悶泵對機組影響也較小，球閥達到50%開度與轉輪排氣回水時間基本一致，優化流程及時間配合取得較為明顯的成果。

2.4 水泵事故停機特性研究

在上庫水位712.3 m，下庫水位169.4 m條件下進行了水泵機械事故停機試驗，通過監控控制面板事故停機按鈕觸發機組事故停機，當發生事故停機或者緊急事故停機時，執行的是先減負荷再分發電機出口斷路器GCB的策略，水機回路中分開GCB的時間點選擇在抽水分GCB開度(約20%)，因此水泵機械事故停機時，導葉開度約17.2%GCB分開，此時功率約-135 MW。

2.5 水泵斷電特性研究

在上庫水位712.9 m，下庫水位169.4 m條件下進行了水泵斷電試驗，尾水管進口最小壓力0.149 MPa，最大壓力1.565 MPa，球閥后蝸殼最大壓力6.376 MPa，最小4.421 MPa，機組轉速12s內從水泵方向順時針500 r/min降為25 r/min后，13 s從25 r/min上升為水輪機方向逆時針505 r/min。導葉關閉時間約37 s，水泵斷電試驗曲線如圖3所示。

圖3 水泵斷電試驗曲線

2.6 水泵正常停機特性研究

在上庫水位712.3 m，下庫水位169.4 m條件下進行機組正常停機試驗，機組正常停機流程是先關導葉再關球閥，發電機出口斷路器GCB分開的條件是機組吸收功率小于90 MW或者導葉開度達到水泵方向開度(整定值為3%)，實際GCB分開時吸收功率約80 MW。機組正常停機時選擇分開GCB策略優先為功率，備用分開GCB策略為水泵方向開度，這樣即使功率反饋異常，也有備用硬回路分開發電機出口斷路器GCB。

2.7 抽水轉抽水調相特性研究

在上庫水位717.9 m，下庫水位169.7 m條件下進行抽水轉抽水調相試驗，機組正常關閉導葉，再壓水。注意事項是防止蝸殼泄壓閥在上庫壓力下啟閉且蝸殼泄壓閥及蝸殼泄壓管路的選型能承受上庫壓力，因此球閥和調相壓水之間應設置聯閉鎖，即球閥全關及工作密封投入允許開啟蝸殼泄壓閥，蝸殼泄壓閥關閉后允許球閥退工作密封開啟球閥。抽水轉抽水調相試驗曲線見圖4。

圖4 抽水轉抽水調相試驗曲線

3 結 語

(1)調相壓水蝸殼泄壓閥與球閥工作密封投入應設計有硬閉鎖，以避免閥門及焊縫長期在高壓下啟閉，保證閥門和管路安全。轉輪排氣泄壓閥的啟閉時機及時間需通過濺水功率試驗確定。

(2)濺水功率試驗可考慮在球閥不開啟和球閥開啟的條件下分別進行，這是從安全方面考慮的。球閥不開啟濺水功率試驗是為了初定調相壓水系統各個閥門與濺水功率、無葉區壓力之間的關系，球閥開啟濺水功率試驗是為了與實際一致，既測試監控流程，又測試球閥開啟后機組濺水功率是否有變化，轉輪排氣時間是否有變化，以確定導葉開啟的時間節點。

(3)首臺機組首次抽水前應做好充分的預案，導葉和球閥各種方式下的開關機規律均應進行實際測定，并與調節保證設計的開關機規律進行比較，確保滿足調節保證設計要求。

(4)洪屏抽水蓄能電站水泵斷電出現了機組從順時針100%轉速至逆時針100%轉速的現象，在國內首次出現這種現象，這對機組強度而言是巨大的考驗，從試驗結果及停機后檢查結果來看，機組一切正常。為做好水泵斷電試驗，機組首次抽水前應詳細了解調節保證設計中關于水泵斷電的計算情況，主機廠家和設計院應提交當前揚程下的調節保證計算成果指導現場試驗，且試驗前需針對此種情況做好安全措施，優化流程設計，確保調速器相關轉速接點信號正確，避免高速加閘或者帶閘開機的發生。

(5)水泵機械事故停機分發電機出口斷路器負荷在135 MW左右，水泵方向考慮功率和水泵分開GCB開度兩個點作為分開GCB條件，試驗前需對硬回路和監控分開GCB邏輯進行相關聯閉鎖試驗，確保能及時準確分開發電機出口斷路器。

(6)水泵正常停機分發電機出口斷路器負荷小于30%額定功率，滿足相關規范要求。

[1]GB/T 18482—2010 可逆式抽水蓄能機組啟動試運行規程[S].

[2]沙濱， 和扁， 陳順義， 等. 抽水蓄能電站首機首次啟動方式研究分析[J]. 水力發電， 2008, 34(10)： 63- 64．

(責任編輯 焦雪梅)

Pumping Characteristics Research of First Unit in Hongping Pumped-storage Power Station

DENG Lei1, SAN Qiguo2, ZHOU Dongyue1, Lü Tao1

(1. Technology Center of State Grid Xinyuan Co., Ltd., Beijing 100161, China;Jiangxi Hongping Pumped Storage Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China)

The pumping characteristics of first unit in Hongping Pumped-storage Power Station are researched, including spinning water power, first pumping, pumping lost power, pumping mechanical emergency shutdown, pump normal stop, and pump operation (PO) to synchronizing condenser pump (SCP). Some safety strategies of pumping commissioning are also put forward to avoid unit damage．

blow-down system; spinning water power; first pumping; pumping lost power PO to SCP; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 08

鄧磊(1977—)，男，江西奉新人，高級工程師，主要從事抽水蓄能機電調試和技術管理工作．

TV734(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0080- 03