浅谈延时10s装置在黑麋峰电厂的应用

王 君 韩 轲

（湖南五凌电力有限公司黑麋峰抽水蓄能电厂 长沙市 410213）

黑麋峰抽水蓄能电厂位于湖南省长沙市望城县桥驿镇杨桥村，紧邻湖南电网负荷中心，是湖南省首座抽水蓄能电厂。电厂安装4台单机容量300MW的水泵水轮发电机组，总装机容量1200MW。黑麋峰电厂为首批引进技术的国产化蓄能机组，其中转轮模型由ALSTOM研发设计，调速系统设备由维奥机电设备（北京）有限公司设计供货；电厂为日调节纯抽水蓄能电厂，主要担负湖南及华中电网调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。

1 延时10s的由来

1.1 延时关闭导叶概念的提出

机组发生事故甩负荷后，水泵水轮机转速升高，流量随之减少，从而使引水道水压力升高，尾水道水压力降低，当水泵水轮机进入S形区域时，水泵水轮机流量急剧下降，导致引水道水压力迅速升高，尾水道水压力迅速下降，达到极值。为防止转轮转速上升的截流效应与导叶关闭升压的联合作用，ALSTOM提出黑麋峰水轮机工况甩负荷时调速器延时关闭导叶。

1.2 调节保证参数允许值

（1）机组最大转速≤450r/min。

（2）蜗壳进口处最大压力≤4.9MPa（包括脉动压力）。

（3）球阀上游侧最大压力≤4.9MPa（包括脉动压力）。

（4）尾水管进口处最小压力≥0.1MPa（绝对压力）。

1.3 延时时间的确定

计算结果表明，当导叶延迟时间小于等于7s时，尾水管进口最低水压力小于10mH2O，蜗壳进口最大水压力超过500mH2O，不能满足调节保证计算要求；当导叶延迟时间大于等于8s时，尾水管进口最低水压力大于10mH2O，蜗壳进口最大水压力低于500mH2O，满足调节保证计算要求。当导叶延迟时间大于等于10s时，尾水管进口最低水压力和蜗壳进口最大水压力已经不再变化，导叶延迟时间对机组最大转速升高有影响，综合考虑水压及转速，确定导叶延迟时间等于 10s。

2 延时10s装置功能简介

2.1 机组甩负荷后延时10s关闭导叶功能的实现（图 1）

在主配压阀至接力器开机侧油管路上，插入了一个与油管路相同通径的插装阀，当该插装阀关闭时，主配压阀至接力器开机侧的油路被切断，使接力器保持不动；当该插装阀开启时，主配压阀至接力器开机侧的油路畅通，与该阀不存在的效果一样。插装阀的开启与关闭通过双线圈电磁阀控制，在断路器断开瞬间，逻辑控制回路通过电磁阀控制插装阀，使之关闭，从而切断主配压阀至接力器开机侧的油路，使得接力器无法受主配压阀的控制，保持在甩负荷瞬间的位置；10s后控制回路再通过电磁阀开启插装阀，恢复主配压阀至接力器开机侧的油路，使接力器受主配压阀的控制而关闭。

图1 延时10s装置系统简图

插装阀采用锥面密封，具有优良的密封性能，因此当它动作为关闭时可以可靠地切断油路；插装阀的阀芯和阀套间无严格的配合要求，磨损轻，不易堵塞，也不会产生液压卡紧现象，对液压油的洁净度要求很低，抗卡阻能力极强，动作速度快；以上插装阀的优点保证了延时10s装置的可靠性；另外，作为插装阀的先导控制阀的电磁阀，采用的是力士乐的带位置反馈的双线圈电磁阀，为最大限度地提高可靠性，装置中设置了双电磁阀，并且送给电磁阀的电气控制信号及控制回路的电源均是双路的，任一个电磁阀动作均能控制插装阀动作。

另外，在延时10s装置的阀体上还在插装阀的进口与出口间设置了一个通径为Φ9的旁路，该旁路的作用在于万一插装阀关闭后无法再开启，通过这个旁路可以使导叶缓慢地关闭。

2.2 增加延时10s装置对调速系统的影响

（1）正常运行时。从延时10s装置的控制逻辑可以看出，其仅在发电模式下，断路器断开后的10s内起作用，除此之外的情况，装置中的插装阀均处于开启状态，对主配压阀至接力器开机侧的油路没有影响，不会影响导叶的开启与关闭，因此开机过程、空载性能、并网过程、增减负荷及带负荷过程均不受该装置的影响，相应的该装置不会影响调速器以下性能指标：机组空载频率摆动值；空载扰动时的机组转速超调量及调节时间；调速器静特性转速死区；负荷扰动特性。

（2）甩负荷时。机组甩负荷后，由于延时10s装置的作用，如果比例伺服阀有关闭接力器的信号，导叶接力器将从甩负荷前的位置以缓慢速度关闭（由于在10s内关闭量很小，不会明显影响机组引水系统的压力上升值）；如果比例伺服阀没有关闭接力器的信号,导叶接力器将保持甩负荷前的位置。10s后该装置复归，接力器再在主配压阀的控制下关闭，因此甩负荷时引起的转速上升与压力上升将不受调速系统的控制相应的，以下跟甩负荷有关的调速器性能指标将无法满足：接力器不动时间；甩负荷后的转速调节次数与调节时间等。

2.3 甩负荷时可能出现的问题

（1）甩负荷时延时10s装置未起到切断油路，保持导叶接力器不动的作用，延时10s装置中控制回路电源有两路互为冗余，先导控制电磁阀的电气控制信号是两路冗余（分别来自硬接点和监控系统），先导电磁阀也采用了两个，作为关断元件的插装阀又具有极强的抗卡阻能力及关断能力，因此本问题出现的可能性极低。

如果万一出现了这种情况，还有一层来自调速器电气柜的保护，在调速器电气柜的程序中也设置了一段甩负荷后延时10s关闭导叶的程序，通过比例阀控制主配压阀使接力器在甩负荷开始10s内维持不动，10s之后再按正常甩负荷程序控制导叶，因此即使此时延时10s装置未动作，仍可通过电气柜实现延时10s的功能。

（2）延时10s装置动作后，插装阀未开启。若插装阀关闭后无法再开启，插装阀的进口与出口间仍设置有小通径的旁路，这个旁路可以使导叶缓慢地关闭。

（3）甩负荷时主配压阀发卡。在极端情况下甩负荷时若出现了主配压阀发卡故障，由于延时10s装置切断的是主配压阀至接力器开机腔的油路，导叶接力器在甩负荷开始后10s内维持不动的功能仍能完成，10s后若主配压阀卡在关机侧，则导叶能关至全关位置，若主配压阀卡在中间位置或开机侧，则导叶无法关闭，此时电气柜报出主配发卡故障，机组通过关闭球阀停机。

3 甩负荷实验结果与分析

甩负荷时的最不利工况为最大水头下发最大的出力，对最不利工况的计算结果如附表，从计算结果可以看出导叶延时关闭明显地改善了水压情况。延时关闭导叶转速上升率大，但可逆式机组的转轮特性决定了飞逸系数较小，转速很难达到飞逸转速。因此关闭规律的优化主要是改善水压上升。

附表 最大水头下的最大可能出力

由于计算结果指出，甩负荷时导叶关闭不延时尾水管会出现真空，因此为确保机组安全，现场未做导叶不延时甩负荷试验，只完成了导叶延时关闭甩负荷试验，试验结果见图2。由图2可见水压上升及转速上升均有较大的裕量。

4 结 语

图2 试验结果

可逆式机组具有运行工况复杂、启停频繁等特点，对导叶关闭规律提出了更高的要求。目前主要采用分段关闭，有时仍不能满足调节保证值，延时关闭概念的提出及应用，确保了电站引水流道及尾水流道的安全，降低了机组安定性试验的风险。总之，为确保机组安全，应将导叶关闭规律的探讨作为调速系统的重要研究方向。

1 梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

2 郑源，等.水力机组过渡过程[M].北京：北京大学出版社，2008.

3 沈祖诒.水轮机调节[M].北京：中国水利水电出版社，1998.