尾水管水位信号在调相压水过程中的影响

樊志伟，郑心勤，朱文娟，刘轩宇，王青亚

（1.华东桐柏发电有限责任公司，浙江天台 317200；2.中国水电五局机电制造安装分局桐柏项目部，浙江 天台 317200）

尾水管水位信号在调相压水过程中的影响

樊志伟1，郑心勤2，朱文娟1，刘轩宇1，王青亚1

（1.华东桐柏发电有限责任公司，浙江天台 317200；2.中国水电五局机电制造安装分局桐柏项目部，浙江 天台 317200）

调相压水过程是抽水蓄能机组在水泵工况启动时，其工况转换过程中的一个重要组成部分。通过介绍华东桐柏抽水蓄能电站投产时机组在同步调相运行的压水逻辑自动控制流程，分析尾水管水位信号对机组在调相压水过程中的影响，以及调相压水控制逻辑的完善过程。

调相压水过程；控制逻辑；完善

0 引言

华东桐柏抽水蓄能电站共安装4台单机容量300MW立轴单级混流可逆式水泵水轮机组，在2006年底全部投产发电，以二回500kV出线接入华东电网，承担调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用任务。

抽水蓄能机组在水轮机或水泵转向作同步调相运行时，为减少机组的功率损耗，在水泵工况启动时，要在水泵水轮机转轮室中强制注入压缩空气，将水泵水轮机转轮室中的水位压离转轮，使转轮在空气中运转，这样不但能减小启动力矩，还可以降低启动过程中的机组震动。桐柏机组调相压水用压缩空气系统，工作压力为8MPa，该系统主要由空气压缩机、贮气罐、配管及阀门等组成，在桐柏采用了组合式的供气运行方式，即，4台机组总共配置了7台由英国hamworthy公司生产的大容量的压缩机，每台水泵水轮机单独设置2个12m3的贮气罐，在贮气罐之间安装有连通阀。按照相关规定，从压水开始至尾水管内的水面压到规定水位为止的1次压水操作过程，由贮气罐供气，此后的补气和在一定时间内恢复储气罐压力由空气压缩机完成。水泵水轮机压水运行用主压水阀采用的是液压式蝶阀，由压水控制逻辑控制打开和关闭，而压水补气阀采用的是电磁阀，由尾水管水位信号在压水控制逻辑中实现其打开和关闭。两阀门的开、关信号均由安装在阀体上面的感应式传感器来完成。

1 桐柏电站机组投产时调相压水逻辑的控制过程

抽水调相开机后，当机组转速＞10%时，启动机组调相压水控制逻辑。逻辑在执行时，下迷宫环冷却水阀打开、导叶关闭、蜗壳排气阀关闭、转轮室排气阀关闭,以上状态必须满足要求。首先，调相压水主压水阀打开，延时15s后关闭；在1s内,如果尾水管水位太高信号和尾水管水位高信号为“否”，蜗壳泄压阀打开，进入压水保持。否则主压水阀就会再次打开，直到出现尾水管水位太高信号和尾水管水位高信号为“否”，为止。进入压水保持后，当出现尾水管水位太高或尾水管水位高信号，打开调相压水补气阀，进行补气，直到水位低信号时，则立即关闭补气阀。当机组转速＞98%后，机组进入调速器调相模式。

在机组跳闸逻辑中，机组调相压水运行时，如果出现过度压水，即，当尾水管水位太低，延时420s会转机械事故停机。

2 机组投产时尾水管水位信号对机组在调相压水过程中的影响

机组在调相压水运行时，水面虽然在压水保持，仍会在转轮的作用下做周期的旋转，会发生上下的波动，当水面上升与转轮有接触时，水位太高或高传感器动作，随即进入压水补气阶段，所以说压水时，尾水管的水位测量很重要，它直接影响到压水过程的成功与否。尾水管的水位测量，桐柏电站采用的是MOBREY Squitch 2超声波液位开关，安装于尾水管进人孔处，其压水水位测量系统见图1。传感器是以超声波为主的信号开关，其内部有选择动作状态拨码开关（WET状态与DRY状态），在压水过程中测量尾水管水位时，采用的动作状态为DRY，当声波传送横跨缺口只有空气存在时是没有信号的，表示此时水位已在该传感器以下，传感器外壳的LED灯在常亮状态，显示一个干燥状态发出信号，该信号直接送入机组控制单元，完成压水逻辑自动控制过程。

图1 压水水位测量系统图

尾水管水位传感器，在安装前，要进行模拟试验，接线如图2，试验电压为DC 24V，根据实际的工作状态，把传感器的状态拨码放在“DRY”位置，接通电源后，接点①～②之间电阻为0.984Ω，传感器置水中，接点①～②断开，之间有电压DC 20.9V左右，此时，传感器LED灯闪亮，拿离水面后，接点①～②闭合，之间电压DC6.3V左右，此时，传感器LED灯常亮。现场安装时传感器的“U”型横跨缺口必须跟连通管平行，即传感器固定螺帽上面的开口槽与连通管平行。

图2 尾水管水位传感器接线图

根据投产时的调相压水控制逻辑，如果，机组在调相压水过程中，出现尾水管水位高信号拒动时，会造成尾水管过度压水，并且会造成机组压水失败而转停机，引发调相压水开机不成功；尾水管水位过高或高信号抖动时，也会造成补气阀频繁开、关，造成过度压水，并且还会缩短补气电磁阀的寿命。

在调相压水开机过程中，发电机转轮在空气中旋转，由于“风扇效应”的影响，在转轮以下的水仍会作周期的旋转，水位作上下的波动，在尾水管处会产生一定程度的震动，由于液位计所安装的连通管上面，设置了上下部隔离阀，在机组运行过程中，隔离阀的开度也会影响到压水的质量，隔离阀开度过小会造成震动过大，使安装在尾水管处的液位开关自身内部元件损坏，使其动作失效。这需要运行人员格外关注，如有信号异常情况，应立即通知检修人员及时检查，元件损坏，应立即更换，防止造成调相压水开机不成功。

3 调相压水逻辑的完善过程

机组投产时，由于部分压水逻辑设计时不够完善，为了提高机组抽水调相开机的成功率，解决因尾水管水位传感器信号原因造成的抽水调相开机不成功问题，决定对机组调相压水逻辑进行完善。

（1）在调相压水开机过程中，若尾水管水位高信号拒动，会造成主压水阀再次打开，造成过度压水，引发抽水调相开机不成功。投产时压水保持预条件逻辑图具体见图3，通过动作逻辑图可知，当收到尾水管水位太高信号和尾水管水位高信号同时为“否”，主压水阀才关闭，蜗壳泄压阀才打开，进入压水保持，如果某一信号出现异常，将会导致压水失败。因多次出现以上情况，造成压水失败，经过分析后，在进入压水保持的预条件前，增加了当尾水管水位低（DFT_W_L_L）或过低（DFT_W_L_TL）信号动作时。即，在主压水阀打开（AIV_OP），1s内如果收到尾水管水位太高信号（DFT_W_L_TH）和尾水管水位高（DFT_W_L_H）信号为“否”，或者，尾水管水位低和过低信号任一动作时，都会将主压水阀关闭并进入压水保持。修改后的压水保持预条件逻辑具体见图4。

图3 机组投产时的压水保持预条件逻辑

图4 修改后的压水保持预件逻辑

（2）在机组投产时的压水补气阀打开逻辑条件中，只有水位低信号出现后，才会去复归，使压水补气阀关闭，但是水位高或太高某一信号抖动，将会造成补气阀频繁开、关，造成过度压水的现象，并且缩短补气电磁阀的寿命。动作逻辑见图5修改前的压水补气阀打开条件，为了消除以上各方面的不足，经过分析，在原逻辑的基础上，作了部分修改，在进入压水保持时（DEWAT_K）后，当水位高或太高动作，压水补气阀打开，收到水位低信号时延时60s关闭补气阀，如果水位太低信号动作则立即关补气阀。动作逻辑见图6修改后的压水补气阀打开条件。

图5 机组投产时的压水补气阀打开条件

图6 修改后的压水补气阀打开条件

（3）为了防止出现过度压水现象去跳机。做了一小部分修改，在原机组的跳闸逻辑中，如果出现尾水管水位太低，延时420s会转机械事故停机。现取消该跳闸信号，改为延时180s发红色报警。

4 结束语

经过对机组的调相压水过程控制逻辑的讨论分析，对其中的存在不足之处，作了相应的完善。解决了机组在调相开机过程中，因尾水管水位测量信号问题，造成的调相开机不成功。从而提高了桐柏机组调相开机的成功率。为电站在华东电网，承担调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用任务奠定了基础。

[1]韦应发.水轮机调相压水过程分析及其水位测量[J].通用机械,2009，（1）：74.

TK734

B

1672-5387（2011）02-0035-03

2011-01-06

樊志伟（1981-），男，助理工程师，从事水电站技术管理工作。