浅析高水头大型抽水蓄能电站调速器分段关闭装置的实际应用

吕兵 蒋友凯 张赫 韩刘山 郑树伟

摘要：本文介绍了绩溪抽水蓄能电站调速器分段关闭装置相关结构及工作原理。通过对甩负荷试验数据分析，验证了高水头电站采用“先慢后快”关闭规律的可靠性，试验数据完全满足调节保证计算要求。为以后同类型电站分段关闭装置的设计提供了参考。

关键词：高水头；分段关闭；导叶关闭规律；甩负荷试验

Practical application on governor sectional closing device of high-head large-scale pumped storage power station

BING Lv¹

(Anhui Jixi Pumped Storage Co., Ltd.,Xuancheng 245300, China)

Abstract: This paper introduces the relevant structure and working principle of the governor sectional closing device of Jixi Pumped Storage Power Station. Through the analysis of the load rejection test data, the reliability of the "slow first and then fast" shutdown rule of the High-head Power Station was verified, and the test data fully met the requirements of the adjustment guarantee calculation. It provides a reference for the design of the same type of power plant section shutdown device in the future.

Keyword: High head; sectional closing device; Guide vane closing rule; Load rejection test

中图分类号：@@@ 文献标志码：B

0引言

调速器分段关闭装置具有优越的调节可靠性、稳定性以及安全性，近些年被广泛应用于抽水蓄能机组，目前抽水蓄能电站采用的枢纽布置型式有“一管双机”、“一管四机”等，机组在停机过程中，导叶前后会产生复杂的压力脉动，如果导叶关闭时间设计不合理，压力钢管及尾水管内压力会迅速上升，对尾水管及压力钢管相关结构产生巨大冲击和破坏。分段关闭装置的完好性可以保证本机组及相邻机组正常运行、减少检修工作量、带来可观的经济效益，所以选择合理的厂商、优质的设计及制造都应高度重视。

目前国内抽水蓄能电站的建设处于高峰期，调速器的选择被各大公司高度重视，绩溪抽水蓄能电站所采用的南瑞调速器性能高、调节可靠，经过各项试验的层层考验，投运以来没有出现任何故障。至此，结合绩溪电站调速器分段关闭装置的特点做一个浅析，希望能够给其他各电站调速器的选择提供可靠的参考。

1结构特点

分段关闭装置主要由分段关闭装置1、分段关闭装置2以及分段集成块三部分组成。分段关闭装置1和2均由一个电磁阀和一个液控阀组成，分段集成块由两个电磁阀串联组成。分段关闭装置的核心部件是节流阀，通过旋转调节螺杆来移动节流阀的阀芯，从而导致节流阀阀口面积发生改变，从而控制压力油流量，最终达到控制导叶关闭速率的目的。分段关闭装置结构简图如图1所示。

图1 分段关闭装置结构

Fig.1 Structure of sectional closing device

2工作原理

二段折线关闭规律按照折点前后导叶关闭速度的不同,分为“先慢后快”和“先快后慢”两种^[1]，而绩溪电站采用的是少用的“先慢后快”关闭规律，具体实现如下：

结合图2来看，水轮机工况时，分段关闭装置1的电磁阀13EM01位于b端，滑阀13HV01工作于b端可调节。分段关闭集成块的电磁阀13EM02位于b端，行程阀13HV04切换分段关闭的机械拐点。

导叶第1段关闭时：行程阀13HV04未动作位于a端，液控阀13HV02的b端控制腔通压力油，切换到b端阀位，使滑阀13HV03工作于b端可调节，此时，关机速率通过主配压阀+分段关闭装置1+分段关闭装置2配合调节。

导叶第2段关闭时：行程阀13HV04触动楔形块动作位于b端，则液控阀13HV02的b端控制腔通回油，切换到a端阀位，使滑阀13HV03工作于a端不可调节，此时关机速率通过主配压阀+分段关闭装置1来调节。

导叶第2段关闭电磁阀13EM03控制时，电磁阀13EM03得电切换至a端交叉位，则液控阀13HV02的b端控制腔通回油，关机速率通过主配压阀+分段关闭装置1来调节。

图2 分段关闭装置液压控制原理图

Fig.2 Schematic diagram of hydraulic control of sectional closing device

3甩负荷情况下分段关闭装置的调节性能分析

3.1导叶关闭规律

目前其他电站采用的关闭规律有一段关闭、两段关闭以及延时关闭等，而绩溪电站采用的是少有的“先慢后快”两段关闭。优化后的两段折线（先慢后快）导叶关闭规律见图3。由图3可知，优化后的两段折线关闭规律为：第一段关闭时间27.86s（设计值为27.82s），接力器行程由100%关至68%（设计值为68.25%）；第二段关闭时间21s（设计值为20.8s），接力器由68%关至全关。水轮机工况下导叶由全开至全关的关闭时间为48.86s。

图3 导叶关闭规律

Fig.3 Closing law of guide

3.2 调节保证要求

调节保证计算的目的：为了保证电站运行的经济与安全，需选择合理的导叶启闭时间，使水击压强及机组转速变化率都控制在允许的范围内。^[2]

表1 调节保证计算结果

Tab.1 Adjustment guarantee calculation result

主要参数	蜗壳进口中心线处最大压力值	蜗壳进口中心线处最小压力值	尾水管进口处最低压力值	尾水管进口处最大压力值
要求值	≦1000（m-H2O）	≧400（m-H2O）	≧0（m-H2O）	≦190（m-H2O）

3.3 绩溪电站1号机单机甩100%负荷（300MW）

表2 试验数据

Tab.2 Test Data

试验项目	有功功率	蜗壳进口压力	尾水管出口压力	转速
单机甩100%负荷	300MW	898m	50m	672.4rpm

图4 1号机甩100%负荷各测点压力波形图

Fig.4 Pressure waveform diagram of each measuring point of

No. 1 machine throwing 100% load

3.4 绩溪电站1号机和2号机双机甩100%负荷（每台机各带300MW）

表3 各测点试验数据

Tab.3 Test data of each measuring point

工况		机组转速上升率（%）	蜗壳进口最大压力（m）	尾水管进口最小压力（m）	尾水管进口最大压力（m）
双甩100%负荷	1号机	39.20	934.18	55.68	143.40
	2号机	38.85	933.63	45.07	151.22

图5 双甩100%负荷试验1号机各测点曲线

Fig.5 Curves of each measuring point of

No. 1 unit double machine load rejection test

图6 双甩100%负荷试验2号机各测点曲线

Fig.6 Curves of each measuring point of

No. 2 unit double machine load rejection test

3.4 结果分析

对于大容量、高水头水泵水轮机，最大转速升高率不宜超过45%，蜗壳进口最大压力升高率宜小于40%。^[3]通过对试验数据的分析，可以看出机组单机甩负荷和双机甩负荷的试验结果均满足调节保证要求。同时验证了高水头电站采用先慢后快的两段折线关闭规律来控制导叶关闭是可靠的、安全的。

4 结束语

绩溪电站调速器采用的“先慢后快”的分段关闭规律能够降低压力上升和转速上升，使各调保参数满足计算要求，通过试验验证了该关闭规律具有很强的适用性，自2020年1月1号投产以来，1号机组已经安全稳定运行180天以上，分段关闭装置运行情况也很稳定，运行期间未出现任何故障，运行可靠性高。在今后同类型的抽蓄电站设计中，可以推广使用。

参考文献

[1] 张健, 房玉厅, 等. 抽水蓄能电站可逆机组关闭规律研究 [ J]. 流体机械, 2004.

[2]　程远楚，张江滨．水轮机自动调节［Ｍ］．中国水利水电出版社，2010．

[3]　NB/T 10072-2018，抽水蓄能电站设计规范［S］．国家能源局，2019,3,1．

作者简介

吕兵（1992-），男，助理工程师。主要研究方向：抽水蓄能电站机械设备运行、维护与检修。E-mail ：[e-mail]