抽水蓄能電站尾閘與主閥的閉鎖邏輯探討

孔令杰

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉453636）

1 抽水蓄能電站機組主進水閥、尾水事故閘門的典型配置

抽水蓄能電站的流道設計通常采用單元機組配置一套主進水閥門（主閥）和一套尾水事故閘門（尾閘），見圖1 。因抽水蓄能電站水頭通常較高，在蝸殼進口端配置主進水閥門成為機組設計的主流，與導葉配合完成機組水流的開啟與安全關斷。尾水事故閘門同時作為事故閘門與檢修閘門使用，在事故（主要為單元機組管路漏水）時快速截斷下游水流，在機組檢修時阻斷下游水源，為尾水管檢修提供無水的安全作業環境。

圖1 抽水蓄能機組主進水閥門與尾水事故閘門的典型布置示意圖

機組備用及調相工況下，主進水閥保持關閉狀態；機組發電或抽水運行時，主進水閥打開。

機組備用及運行期間，機組尾水事故閘門全開；機組檢修或與尾水管相連的水管路系統發生故障時，尾水事故閘門關閉。

2 抽水蓄能電站機組尾水事故閘門閉鎖主進水閥的邏輯要求

根據機組運行的安全要求，機組發電或抽水運行時，主進水閥和尾水事故閘門均應保持全開狀態。尾水事故閘門全開時，主進水閥才能開啟；主進水閥全關時，尾水事故閘門才能關閉。

因此，要求尾水事故閘門非全開信號閉鎖球閥開啟（圖2）。為確?？煽?，二者之間的閉鎖應為硬閉鎖。

圖2 尾水事故閘門與主進水閥的閉鎖邏輯要求

3 國內幾家抽水蓄能電站閉鎖邏輯初期配置

河南寶泉抽水蓄能電站安裝4臺300 MW抽水蓄能機組，安裝期邏輯設置為：尾水事故閘門鎖定投入信號丟失，硬布線直接作用于關閉主進水球閥的油回路電磁閥，關閉球閥（圖3）。

圖3 河南寶泉抽水蓄能電站安裝期閉鎖邏輯

華東區域某抽水蓄能電站安裝6臺300 MW抽水蓄能機組，安裝期邏輯設置為尾水事故閘門全開信號硬布線接入主進水球閥開啟回路電磁閥，尾水事故閘門全開信號丟失無法開啟球閥（圖4）。

圖4 華東某抽水蓄能電站安裝期閉鎖邏輯

4 閉鎖邏輯配置不完善可能導致的后果

鑒于球閥打開且導葉打開時水流沖擊對尾水事故閘門可能導致的嚴重影響，尾水事故閘門全開（或鎖定投入）信號丟失閉鎖主進水閥開啟、直接作用主進水閥關閉的功能均已實現，即，閉鎖保護功能不存在拒動的風險。

同時，由于閉鎖保護功能設計、配置的不完善，因信號誤動導致的機組甩負荷現象時有發生。抽水蓄能電站工況多變，配置不完善可能造成極其惡劣影響。2011年8月22日，河南寶泉抽水蓄能電站1臺機組在調相轉抽水工況轉換時，轉輪室內壓縮氣體已排出，導葉與球閥開啟過程中，由于尾閘鎖定投入信號異常丟失，導致球閥開啟過程中關閉，機組吸收有功150 MW（即額定功率50%），同時由于機組未到達穩態，低功率保護未動作，且流程限時未到，未能超時自動停機。機組在該狀態下振擺加劇，值班員發現后立即執行手動停機操作，避免故障失控。

5 閉鎖邏輯配置優化

河南寶泉抽水蓄能電站在故障發生后，為完善配置邏輯，在閉鎖邏輯的尾水事故閘門鎖定投入信號中并入了各自獨立的2副閘門開全信號節點，即：只有當2副閘門全開信號與一副鎖定投入信號全部消失時，才作用于直接關閉主進水閥，提高了運行穩定性（圖 5）。

圖5 河南寶泉抽水蓄能電站更新后的閉鎖邏輯

華東某抽水蓄能電站為防止尾水事故閘門全開信號抖動，增加了一個2 s的延時濾波（圖6）。

圖6 華東某抽水蓄能電站更新后的閉鎖邏輯

華中另一座抽水蓄能電站——湖北白蓮河抽水蓄能電站安裝4臺300 MW抽水蓄能機組，與河南寶泉抽水蓄能電站同期建設，其初期配置同河南寶泉抽水蓄能電站異動前。配置優化為：在閉鎖邏輯的尾水事故閘門鎖定投入信號中并入了閘門上限位置開關信號和閘門模擬量全開信號，即：只有當閘門鎖定投入信號、閘門上限位置信號、閘門模擬量全開信號共3個信號全部丟失時，才作用于直接關閉主進水閥（圖7）。

圖7 湖北白蓮河抽水蓄能電站更新后的閉鎖邏輯

6 閉鎖邏輯配置的持續優化

當前，國內主要由國網新源控股有限公司、南方電網調峰調頻發電公司共2家企業管理著大多數的抽水蓄能電站，尤其是國網新源控股有限公司管理著數十家抽水蓄能電站。抽水蓄能電站的集中管理，有利于共用平臺、資源共享、技術交流，國網新源控股有限公司向管轄的數十家抽水蓄能電站發出梳理水機保護邏輯和定值通知，并且匯總了現行的各單位邏輯、定值供互相借鑒和參考，進一步修改和完善尾水事故閘門和球閥的閉鎖邏輯。