淺析高水頭大容量蓄能機組主閥尾閘閉鎖控制

周正勇

（中國南方電網調峰調頻發電有限公司廣州蓄能水電廠，廣東 廣州510950）

1 引言

抽水蓄能機組是一種啟動快、負荷跟蹤迅速和快速反應的特殊電源，具有發電、調峰、填谷、調頻、調相、旋轉備用、事故備用和黑啟動等多種功能，已成為我國電力系統的一個重要組成部分。抽水蓄能機組在抽水工況時，機組要求較低的安裝高程，當前多數蓄能機組采用地下式廠房，每臺機組水泵水輪機蝸殼與引水系統壓力管道之間設置主進水閥（簡稱主閥），尾水管與尾水隧洞之間設置尾水事故閘門（簡稱尾閘）。在保證地下廠房機組設備、洞室群安全方面主閥與尾閘發揮著重要作用。

2 抽水蓄能機組主閥與尾閘閉鎖的重要性

主閥主要作用：機組發生故障時，迅速關閉球閥切斷水流，防止飛逸事故發生；機組檢修時主閥關閉，隔離機組與上游壓力水源，保證檢修安全，不影響其他機組的正常運行；停機時減小機組漏水量和縮短重新啟動時間；用做未投產機組壓力鋼管的堵頭防止水淹廠房。主閥的形式有蝶閥、球形閥，通常采用液壓操作方式。蝶閥常用于200 m以下水頭，球閥常用于200 m以上水頭，當前運行、建設中的蓄能機組多數為高水頭，以使用球閥為主，通常采用液壓操作方式。

尾閘主要作用：當廠房內發生緊急事故時通過關閉尾水閘門切斷下游來水，防止水淹廠房發生或事故擴大；機組檢修時關閉尾閘可隔離機組與下游壓力水源，保證檢修安全，不影響其他機組的正常運行；尾閘正常情況下保持開啟狀態，確保機組過水道暢通。尾閘常采用平板式閘門，用于承受來自下庫方向的水壓，屬低壓閘門，當前運行、建設中的蓄能機組多采用液壓操作控制閘門。

尾水事故閘門按擋下庫水壓來設計，不能承受來自上游的水壓。因此，尾閘的操作必須是在主進水閥關閉的狀態下進行，要防止尾閘關閉時誤開主閥或主閥開啟時誤關尾閘而壓垮尾水事故閘門，導致水淹廠房發生。為保證地下廠房、機組設備、洞室群的安全穩定運行，需要主閥與尾閘設置閉鎖關系：主閥開啟閉鎖尾閘關閉，尾閘關閉閉鎖主閥開啟。且國家電網發布的《水電廠重大反事故措施》中提到，抽水蓄能機組和尾閘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。

3 主閥與尾閘閉鎖控制方法簡介

3.1 主閥與尾閘液壓閉鎖簡介

當前多數高水頭蓄能機組主閥與尾閘采用液壓操作方式。

主閥開啟閉鎖尾閘關閉功能的實現如圖1所示：當主閥處于非全關狀態時，主閥操作機構或部件隨主閥閥芯旋轉或產生位移，使尾閘液壓方向控制閥切換，從而切斷尾閘接力器開啟腔排油，閉鎖尾閘關閉；當主閥關閉時，尾閘液壓方向控制閥切換，接通尾閘接力器開啟腔排油，解除尾閘關閉液壓閉鎖條件。

圖1 主閥開啟閉鎖尾閘關閉

尾閘關閉閉鎖主閥開啟功能的實現如圖2所示：當尾閘處于非全開狀態或出現一定位移的下滑時，尾閘操作機構或部件伴隨閘門產生位移，使主閥液壓方向控制閥切換，從而切斷主閥接力器開啟腔壓力油，閉鎖主閥開啟；當尾閘全開時，主閥液壓方向控制閥切換，接通主閥接力器開啟腔壓力油，解除主閥開啟液壓閉鎖條件。

圖2 尾閥關閉閉鎖主閥開啟

注意：①液壓方向控制閥可采用彈簧復位式，主閥或尾閘動作后，方向控制閥在彈簧作用下可以自動切換液壓回路；②主閥與尾閘的開啟或關閉除了滿足相互之間閉鎖條件外，還要滿足自身的閉鎖條件；③當機組主閥、尾閘等設備及其相關系統經過檢修、零部件更換、周期運行后，需要對主閥尾閘液壓閉鎖功能進行功能試驗，以檢驗是否滿足正常運行要求，同時有利于提前發現缺陷，避免帶缺陷運行。

3.2 主閥與尾閘電氣閉鎖簡介

主閥開啟閉鎖尾閘關閉功能的實現如圖3左所示：當主閥處于非全關狀態時，其位置開關節點由閉合變為斷開，使尾閘關閉回路繼電器無法勵磁，實現主閥開啟閉鎖尾閘關閉功能。

尾閘關閉閉鎖主閥開啟功能的實現如圖3右所示：當尾閘處于非全開狀態或出現一定位移的下滑時，其位置開關節點由閉合變為斷開，使主閥開啟回路繼電器無法勵磁，實現尾閘關閉閉鎖主閥開啟功能。

圖3 電氣閉鎖回路

注意：①為提高安全性，可采取冗余閉鎖條件。如主閥開啟閉鎖尾閘關閉功能中可采用主閥全關接點和主閥工作密封投入接點串聯，實現冗余閉鎖；尾閘關閉閉鎖主閥開啟功能中可采用尾閘全開接點和鎖定投入接點串聯，實現冗余閉鎖；在設備不同部位設置反映相同動作的位置信號。②主閥與尾閘命令包括遠方命令和現地命令。③為確保主閥尾閘動作正確，要確保直流電源的可靠性。④電氣控制回路運用中要做好定檢、檢查、功能試驗，確保運行的可靠性。

3.3 主閥與尾閘自動化閉鎖簡介

自動化閉鎖主要是通過軟件中的控制程序實現閉鎖。計算機監控系統控制程序和主閥尾閘現地控制程序中應有與電氣閉鎖類似的閉鎖條件。

本著安全的原則，緊急情況下，當尾閘意外關閉時應觸發緊急關閉主閥，防止上游壓力水源損壞尾閘。當尾閘下滑至一定位置時，相應開關量信號動作并傳送至計算機監控系統控制程序和主閥現地控制程序，監控系統進行邏輯判斷后發出關閉主閥命令，確保設備安全。

注意：①實際運用中，有的電廠采用尾閘全關信號丟失直接觸發緊急關閉主閥，是不合理的。主閥或導葉打開時水流沖擊可能導致尾閘全開信號抖動，觸發關閉主閥增加了誤動的可能性。所以采用下滑至一定位置，相應開關量信號動作后再觸發關閉主閥大大降低了誤動的可能性。②運用中也可將尾閘開度信號以模擬量送至監控系統，且尾閘下降信號設置為兩級，一級發出聲光報警，二級動作關主閥；或采用多種信號同時參與的程序控制，只有當閘門鎖定投入信號與全開位置信號丟失、開度模擬量滿足時，動作關主閥。③為避免信號抖動導致誤發報警，可采用在控制程序中增加一定延時。④對于液壓操作的尾閘，可設置自動重提功能。尾閘輕微下滑時，通過自動重提實現尾閘全開；若自動重提失敗繼續下滑至相應位置時觸發關閉主閥。

4 結束語

主閥與尾閘對于保護抽水蓄能電站地下室廠房安全，以及在機組正常運行及緊急事故處置中均發揮著重要的作用。隨著科學技術的進步、機組制造水平的不斷提高，高水頭、大容量可逆式機組的應用會越來越廣泛，主閥與尾閘的可靠閉鎖顯得尤為重要。設置原理不同、相互獨立、功能相同的閉鎖邏輯可以達到確保安全的目的。希望本文能為在建、已投運的蓄能機組設計與技改提供參考。