機組調相壓水問題的分析及改造

劉 佳，馬 歡

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

0 引言

桐柏抽水蓄能電站位于佛宗道源、風景秀麗的天臺山境內，靠近華東500 kV電網負荷中心，在華東電網主要擔負調峰、填谷、調頻、調相和事故備用等多種任務。桐柏抽水蓄能電站裝設了4臺300 MW可逆式水泵水輪發電機，主要有停機、發電、發電調相、抽水、抽水調相5種穩定運行工況。

抽水蓄能電站利用可以兼具水泵和水輪機2種工作方式的蓄能機組，在電力負荷出現低谷時（夜間）做水泵運行，用基荷火電機組發出的多余電能將下水庫的水抽到上水庫貯存起來，在電力負荷出現高峰時（下午及晚間）作水輪機運行，將水放下來發電。抽水蓄能電站可以按照計劃發電，在電網中承擔峰荷或腰荷，而其更大的作用是在電網中擔負不定時的調峰和調頻任務。另外，抽水蓄能機組也可以擔負調相任務，在事故備用（包括旋轉備用）方面更具有優勢。

抽水蓄能電站蓄能機組是電力系統中最具靈活性的調節設備，要求能最快地從一種工況轉入另一種工況，抽水蓄能電站在進行抽水工況之前，為了更可靠運行，一般都將機組開至抽水調相工況之后再轉至抽水工況運行，在停機至抽水調相工況過程中，需要進行充氣壓水。

1 調相壓水系統的組成

調相壓水系統由壓縮空氣氣機、尾水管水位浮子測量裝置系統、調相壓氣罐系統、壓水閥門系統以及其流程轉換控制系統、蝸殼泄壓閥門等組成，其組成系統見圖1。

圖1 壓水系統的組成

桐柏電站抽水蓄能機組水泵水輪機及其主要輔助設備為奧地利VATECH公司提供，水泵水輪機額定軸出力為306 MW，額定凈水頭244.0 m，額定轉速為300 r/min，本機組調相壓氣氣源采用高壓氣系統，額定氣壓為8.0 MPa，每臺機組配置2個串聯的調相高壓氣罐。機組調相壓水及回水閥門組包括主壓水閥、補氣壓水閥，尾水管水位測量裝置布置于尾水錐管室，水位傳感器為壓差式傳感器，直接向監控系統輸出模擬量，由監控系統根據模擬量設定開關壓水閥門。

2 桐柏電站抽水蓄能機組調相壓水的啟動流程

2.1 調相壓水順控流程

調相壓水預條件：迷宮冷卻水閥打開，導葉全關，蝸殼排氣閥關閉，轉輪排氣閥關閉。

預條件滿足后進行以下步驟：

步序一：打開調相壓水進氣閥，閥門全開后15 s復歸開閥令。

步序二：關閉調相壓水進氣閥，閥門全關后1 s復歸關閥令。

步序三：再次打開調相壓水進氣閥（反饋未收到下面尾水管信號，滿足再次開閥條件，命令已發出），“尾水管水位太高&高否”或“尾水管水位低”或“尾水管水位太低”動作后1 s復歸開閥令；只要尾水管水位反饋收到后，第3步執行完畢，立即執行第4步關閥，同時延時1 s復歸開閥命令。

步序四：關閉調相壓水進氣閥，閥門全關后復歸關閥令。

步序五：以上4步完成后，如果球閥全關、球閥旁通閥已全關，開啟蝸殼泄壓閥，閥門全開后復歸開閥令。

壓水流程子程序共分為五步，其中任意一步發生超時報警或者預條件丟失都將觸發壓水失敗報警信號。

2.2 調相壓水順控流程詳解

機組在調相壓水過程中，當機組轉速＞10%Nr，且同時收到上下迷宮冷卻水閥打開、導葉全關、蝸殼排氣閥全關、轉輪室排氣閥全關信號時，調相壓水閥打開15 s進行壓水，若此時尾水管水位未達到停止壓水高程（尾水管水位高和太高浮子均復歸或者尾水管水位低或太低浮子動作），間隔1 s后調相壓水閥再次打開進行壓水，直到壓水至尾水管水位低于停止壓水高程后延時1 s自動關閉（在隨后的壓水保持過程中不再開啟），隨后在收到球閥全關、球閥工作旁通閥全關信號后開啟蝸殼泄壓閥，標志著機組壓水成功，進入到壓水保持階段。

在壓水保持的情況下，尾水管水位高或者太高動作，調相壓水補氣閥會立刻打開。而關閉的前提條件是：（1）在壓水保持的情況下，尾水管水位低，延時60 s補氣閥關閉；（2）在壓水保持的情況下，尾水管水位太低動作，補氣閥立刻關閉；（3）壓水保持成功1 s內，補氣閥不會打開；（4）在發電調相轉發電、發電調相轉停機、抽水調相轉抽水、抽水調相轉停機流程中，調相壓水補氣閥會關閉。

3 調相壓水過程出現的問題及處理

3.1 步序三邏輯優化

機抽水調相開機過程中執行壓水流程時，偶發充氣壓水閥在短時間內開關2次的情況。機組在調相壓水過程中，充氣壓水閥打開15 s壓水之后，尾水管水位低已經動作，由于尾水管水位太低信號傳輸延時，導致已經收到充氣壓水閥關閉位置，卻未收到尾水管太低信號，出現步序三條件未滿足再開啟一次充氣壓水閥，在充氣壓水閥再次開啟1 s左右，收到了尾水管太低信號，立即關閉充氣壓水閥，從而產生充氣壓水閥短時間內開關2次情況。

為避免主壓水閥的頻繁開關，保證壓水流程的正常執行，壓水流程步序三的開主壓水閥步序命令增加2 s延時（詳見圖2）。

圖2 步序三主壓水閥步序命令增加2 s延時

3.2 步序五邏輯優化

在執行壓水邏輯過程中，當出現壓水步序三的發令時間與反饋收到時間過短（0.1～0.6 s），導致充氣壓水閥實際位置未動作開到位的情況下即直接將壓水流程走到步序五。在執行步序五的過程中發充氣壓水閥實際位置動作至中間態的信號，導致步序四反饋不滿足，即步序五的預條件丟失，從而產生調相壓水失敗報警信號。

為避免在執行壓水步序五的過程中，因預條件信號抖動導致壓水失敗，現在壓水步序五的預條件中增加2 s的下降延時（詳見圖3）。

3.3 壓水保持階段邏輯優化

在壓水保持的情況下，尾水管水位高動作，調相壓水補氣閥故障未打開，導致尾水水位持續上升，將會導致機組濺水功率保護動作。為提高機組抽水調相啟動成功率，對壓水保持階段主壓水閥動作邏輯進行優化：壓水保持過程中，當有壓水補氣閥開命令且尾水水位高和太高同時動作后，延時2 s打開充氣壓水閥；壓水保持過程中，當尾水水位低動作延時2 s或尾水水位太低動作時或發生壓水流程轉換時均會動作關充氣壓水閥（詳見圖4）。

圖3 步序五預條件增加2 s下降沿延時

圖4 增加壓水保持過程開充氣壓水閥邏輯

4 結論

調相壓水是調相開機最薄弱環節，通過對調相壓水的分析，找到根本原因所在，多次結合實際運行情況對調相壓水的順控流程進行優化，問題得到根本解決，對抽水調相成功率提供有力保障，優化的過程可供其他抽水蓄能電站借鑒。