抽蓄蓄能電站導(dǎo)葉開度的試驗研究

0泵體發(fā)電系統(tǒng)概況張灣引水蓄能站（以下簡稱“張氣”）位于河北省石家莊經(jīng)水市石魚市附近的甘棠河支流?？偺资綒獗玖繛?000mw，配備四臺250w的單級旁通式水泵機。該站與河北省相連。該站日調(diào)節(jié)，擁有日調(diào)節(jié)的旁通容量。在系統(tǒng)中，它起到了調(diào)節(jié)峰、填充谷、頻率、調(diào)節(jié)相位和事故的備用任務(wù)。電站最大毛水頭342m;最小毛水頭283m;水輪機工況額定水頭305m。電站水泵水輪機導(dǎo)水機構(gòu)共設(shè)置了20個導(dǎo)葉,導(dǎo)葉最大開度為36.18°,為了在導(dǎo)葉開啟過程中躲避不穩(wěn)定的“S”形區(qū)域,即反水泵工況區(qū),設(shè)置了4個為非同步導(dǎo)葉(3號、4號、13號、14號),4個非同步導(dǎo)葉單獨動作時,3號、13號導(dǎo)葉開度為5°,4號、14號導(dǎo)葉開度為15°,目前機組運行穩(wěn)定,振動效果良好。1非同步導(dǎo)葉配置的原因1.1水輪機跨轉(zhuǎn)速運行問題的解決張蓄水泵水輪機模型驗收試驗是在法國阿爾斯通公司水力機械實驗室TP3試驗臺進行的,下面就水泵水輪機四象限特性試驗對我廠設(shè)置非同步導(dǎo)葉的原因作進一步的說明。根據(jù)模型試驗,在水泵水輪機全特性曲線中出現(xiàn)了非常明顯的S形區(qū)域,見圖1所示。在水輪機實際運行水頭Hp=285m~346m范圍內(nèi),根據(jù)水輪機空載模型試驗得出空載開度為r=5.34°~11.34°,該開度范圍正好處于不穩(wěn)定的“S”區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi),機組的同一個轉(zhuǎn)速n11對應(yīng)三個不同的流量Q11,而且其中一個流量Q11為負值,即水輪機工況在空載或調(diào)相運行時有可能進入反水泵工況,給水輪機空載并網(wǎng)和水輪機緊急停機等運行帶來困難。需要在真機結(jié)構(gòu)和運行上采取相應(yīng)的措施改善不穩(wěn)定的“S”形區(qū)域特性。為了躲避在全特性曲線中出現(xiàn)的不穩(wěn)定“S”形區(qū)域(如圖1),ALSTOM通過借鑒其他蓄能電站的水泵水輪機已有的經(jīng)驗,在真機上設(shè)置一對非同步導(dǎo)葉來解決不穩(wěn)定的“S”形區(qū)域特性。非同步導(dǎo)葉的全開開度為25°,要求當(dāng)水輪機工況運行水頭小于320m、導(dǎo)葉開度小于11°的時候投入。1.2非同步導(dǎo)葉方案在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn),1號機組在水輪機工況低水頭空轉(zhuǎn)運行時(并網(wǎng)前,非同步導(dǎo)葉投入)振動較大,ALSTOM公司結(jié)合與張河灣類似電站的模型試驗情況,提出改造設(shè)置兩對非同步導(dǎo)葉方案,將4個非同步導(dǎo)葉開度調(diào)整為3號5°、4號15°、13號5°、14號15°,改造于2008年4月中旬完成,機組再次投入運行時振動有較大的改善。2非同步跟蹤裝置的工作原理2.1機組并網(wǎng)運行穩(wěn)定性的影響非同步導(dǎo)葉裝置的工作原理即先把4個非同步導(dǎo)葉打開3號5°、4號15°、13號5°、14號15°且保持到其他導(dǎo)葉打開至某一特定開度后再進入同步操作,在其他導(dǎo)葉較小開度時就能得到相應(yīng)的流量和速度。由于在導(dǎo)葉較小開度時避開了“S”不穩(wěn)定區(qū)的機組其運行穩(wěn)定性能得到明顯改觀,即運行范圍已不在“S”區(qū)。在運行水頭范圍內(nèi)導(dǎo)葉所有開度線與各種負荷的轉(zhuǎn)矩線都只有一個清晰的交點,亦即相對應(yīng)的n1’=常數(shù),這意味著運行工況必然是穩(wěn)定的。機組并網(wǎng)后,為了保持負載工況下的穩(wěn)定性,其他導(dǎo)葉在控制環(huán)的操作下繼續(xù)開啟而兩個預(yù)開啟導(dǎo)葉仍保持不變。當(dāng)達到某一功率(為70MW)或?qū)~開啟至一個特定角度后,預(yù)開啟導(dǎo)葉才與其他導(dǎo)葉同步隨功率增大繼續(xù)開啟至最大。2.2在單接力器的兩端端設(shè)計方案(1)對稱設(shè)置的兩對導(dǎo)葉的拐臂改裝為雙連桿結(jié)構(gòu),連桿Ⅰ中部鉸接于導(dǎo)葉上,其一端連接在控制環(huán)上,另一端與單接力器的活塞桿相連接。連桿Ⅱ的一端固定在導(dǎo)葉上,另一端連接在單接力器的缸體上。(2)單接力器只能運動至兩端部位置,在其運動時,連桿Ⅰ、Ⅱ可以相對轉(zhuǎn)動,而引起所控制導(dǎo)葉相對于其他導(dǎo)葉的預(yù)開啟(關(guān)閉)或者與其他導(dǎo)葉一起動作。(3)控制環(huán)的所有動作同時傳遞給這兩個預(yù)開啟導(dǎo)葉在內(nèi)的所有導(dǎo)葉。(4)通過一組壓油管路、一組電磁閥及一個接力器,將控制環(huán)的位置傳遞輔助信號至各接收部位以達到預(yù)開啟相關(guān)特定導(dǎo)葉的目的。(5)非同步導(dǎo)葉上裝有限位塊,能夠?qū)恿ζ鞯拈y桿起限位作用,當(dāng)機組自部分負荷至滿負荷區(qū)間運行時能夠防止預(yù)開啟導(dǎo)葉超過其最大開度。3葉油泵壓降控制(1)2臺額定功率7.5kW齒輪泵,AP211和AP212工作壓力20MPa。(2)2個氮氣儲能的儲能罐為非同步導(dǎo)葉提供動力,儲能罐額定壓力16MPa,壓力降至12MPa啟動一臺小導(dǎo)葉油泵,壓力升至16MPa停止油泵,壓力降至10MPa機組機械跳機。(3)1個單向電磁閥AD201用于控制非同步導(dǎo)葉裝置的投入和退出。(4)8個非同步導(dǎo)葉位置傳感器,每個非同步導(dǎo)葉配置“全開”、“全關(guān)”各一個,由于監(jiān)控只設(shè)置了4個點,現(xiàn)地實際有8個點,所以調(diào)試人員把現(xiàn)地8個點串聯(lián)成4個點與監(jiān)控對應(yīng),1號機是3號、13號非同步導(dǎo)葉“全開”節(jié)點串聯(lián)一起,4號、14號非同步導(dǎo)葉“全關(guān)“節(jié)點串聯(lián)一起,2號、3號、4號機是3號、4號非同步導(dǎo)葉“全開”節(jié)點串聯(lián)一起,13號、14號非同步導(dǎo)葉“全關(guān)“節(jié)點串聯(lián)一起送到監(jiān)控。(5)4個非同步導(dǎo)葉接力器,用于操作非同步導(dǎo)葉。如圖3:4非同步葉片檢測邏輯4.1非同步跟蹤系統(tǒng)的有效運行噪聲(1)P轉(zhuǎn)G工況運行。(4)機組背靠背啟動方式(拖動機)。(6)線路充電工況啟動。4.2機組并網(wǎng)運行情況,系統(tǒng)運行時機組需要接(1)P轉(zhuǎn)G工況運行時:(2)收到換相刀閘合于G方向信號;(2)機組甩負荷后的空載額定轉(zhuǎn)速運行時:(2)收到機組轉(zhuǎn)速大于等于50%額定轉(zhuǎn)速信號;(3)黑啟動(BS)、線路充電(LC1、LC2)工況啟動時:(2)收到機組轉(zhuǎn)速大于等于50%額定轉(zhuǎn)速信號;(4)機組并網(wǎng)穩(wěn)定運行時:(1)收到機組開關(guān)GCB合位信號;(2)收到機組轉(zhuǎn)速大于等于50%額定轉(zhuǎn)速信號;(1)收到機組開關(guān)GCB分位信號;(2)收到機組轉(zhuǎn)速大于等于50%額定轉(zhuǎn)速信號;(3)收到機組轉(zhuǎn)速小于等于110%額定轉(zhuǎn)速信號;(4)收到調(diào)速器ADT1000無大故障信號。4.3非同步跟蹤過程的監(jiān)控示意圖圖45機組運行情況通過非同步導(dǎo)葉在張河灣抽水蓄能電站的應(yīng)用,有效地縮短了水泵水輪機組在“S”區(qū)域(反水泵工況區(qū))的停留時間,極大地改善了機組振動效果。目前,非同步導(dǎo)葉裝置在浙江天荒坪、遼寧蒲石河等國內(nèi)多個抽水蓄能電站得到了廣泛應(yīng)用,提高了機組運行的可靠性。(2)機組在甩負荷后的空載額定轉(zhuǎn)速運行。(3)機組并網(wǎng)運行。(5)黑啟動工況啟動。(7)機組G工況啟動。(1)收到G工況啟動信號;(3)收到機組開關(guān)GCB分位信號;(4)收到機組轉(zhuǎn)速大于等于50%額定轉(zhuǎn)速信號;(5)收到機組轉(zhuǎn)速小于等于110%額定轉(zhuǎn)速信號;(6)收到調(diào)速器ADT1000無大故障信號。(1)