古城电站分段关闭装置转换为节流阀方案及其应用

白 奎 明，　赵 剑 华

(华能四川涪江水电有限责任公司，四川 成都　610041)

古城电站分段关闭装置转换为节流阀方案及其应用

白 奎 明，赵 剑 华

(华能四川涪江水电有限责任公司，四川 成都610041)

摘要：介绍了古城电站投产时引水系统调压室水压波动情况及原因分析，在对调压井增加了阻抗孔后仍存在甩负荷时压力钢管水压超限的问题。通过采用调速系统分段关闭拐点提升到100%的方案，最终圆满地解决了古城电站机组正常发电的技术难题，对相关电站处理类似事件具有指导意义及科研推广价值。

关键词：古城电站；调压室；水压波动；托马断面；分段关闭；甩负荷试验

1概述

涪江公司目前已投产生产电站7座，总装机容量为569 MW。其中古城电站装机容量为2×50 MW，水库正常蓄水位高程845.5 m，死水位高程842.5 m，额定水头46 m；引 水 隧 洞 全 长6 901 m，调压室前压力引水道长6 901 m，平均纵坡i=3.318‰，引水道断面为圆形，内径9.5 m，全线采用钢筋混凝土衬砌，设计引用流量为247 m3/s，多年平均年发电量4.025亿kW·h。古城电站于2010年12月15日正式开工，2013年12月下闸蓄水，2014年1月4日正式投入商业运行。

2问题的提出

在该电站机组调试及试运行期间，发现引水系统水压存在不稳定的波动，尤以开停机及负荷调整时特别明显，水压波动自蜗壳一直延续到闸首取水口，幅值趋势为逐步减小，波动周期为6～8 min，蜗壳水压振幅最大达20 m(图1)。针对该问题，公司组织技术人员进行了多次分析，认为其原因为：(1)为了保证调压室至厂房处的边坡安全、节约工程投资、降低施工难度，根据调压室设置位置处的地形地质条件，调压室采用仅设置上室的水室式方案，但实际运行数据表明调压室型式的选择与布置不合理：(2)从简单式调压室角度看，竖井截面积与设计规范相比仅占托马稳定值的20%，偏差太大；(3)若以差动式调压室原理看，其未设阻抗孔。

图1　机组全停、蝶阀全关后引水隧洞水压压力波动图

为了补救，设计院提出了“增设阻抗孔+扩挖调压井”方案。2014年，利用平武县政府对库区防渗堤进行处理的机会对调压井进行了处理。由于调压井扩挖需要工期较长，投资较多且受地理条件限制扩挖调压井会使边坡变薄而危机厂房安全，为此，对古城电站调压井采取了增设阻抗孔方案(阻抗孔孔口直径D=4.25 m，孔面积为引水隧洞断面积的20%)。在调压井增设阻抗孔施工完成后进行了机组甩负荷试验，试验数据见图2。

图2　1#机甩75%负荷时的波形图

对图2中的试验数据进行分析发现：甩75%负荷时水压最大上升值为0.71 MPa(压力钢管承受的安全压力为0.9 MPa)，过速最大达121%。机组甩负荷后引水系统压力严重超标，不能满足调保计算要求，机组发电出力受限。若想降低水压上升率，机组转速必然上升过大甚至飞车，致使水压上升率和机组转速上升率无法同时兼顾。增设阻抗孔后，引水隧洞的小波动得到明显改善，但引水系统水压在甩负荷时钢管段水压严重超设计值，进而引起水压超限的安全问题使机组发电出力受限(单机最多带37.5 MW 的负荷运行)。

试验时同时发现：机组带37.5 MW 负荷运行、分段关闭拐点设置在导叶开度为40%时，甩负荷时导叶开度从61%关至40%的时间为0.85 s，第二段关闭时间为12.6 s。为了改变导叶关闭规律，采取增大分段关闭拐点设置，可使蜗壳水压上升率减小、机组转速上升率增大，从而为研究分段关闭装置拐点设置、解决机组带满负荷正常发电的难题提供了新思路。

3针对上述问题采取的措施

古城电站调速器采用南京南瑞集团公司生产的SWT-2000双微机双冗余数字式电液调速器，主配压阀采用南京南瑞集团公司生产的ZFL-80阀，在液压回路上设置有事故配压阀、分段关闭装置(两段关闭)。古城电站采用的调速器液压原理见图3。

分段关闭装置的改造：为实现通过控制导叶关闭时接力器开启腔的回油速度来控制导叶关闭时间，经查阅设计院调保计算数据得知：古城电站调速器系统采用导叶一段关闭(关闭时间整定为13.5～14.5 s)也能满足调保计算的要求，从而为提升改造分段关闭拐点至100%、使其转换成为节流阀控制油流速度进而改变导叶关闭速度创造了改造条件。我们通过改变分段关闭装置内部结构，将分段关闭装置的第二段油路做为第一段使用(即分段关闭装置在未投入时油路通过原第二段连接调速器主配与接力器)，再断开分段关闭装置切换电磁阀电源开关并将电磁阀线圈插头拆出，使其成纯机械装置，线圈不带电、不发热，分段关闭装置不再投入，同时避免了因线圈故障引起分段关闭装置误动情况的发生。调整分段关闭装置上的调节螺母，整定改造后的第一段关闭时间为13.5～14.5 s之间调保计算时间即可。

通过该方案的实施，在逐渐增加负荷进行甩负荷试验，最终保证了在甩满负荷时蜗壳水压上升不超过设计值的同时能兼顾保证机组转速在145%ne以内。2 F机甩负荷数据见图4。

图3　古城电站采用的调速器液压原理图

图4　双机甩满负荷时录制的2F机组技术参数波形曲线图

1F、2F机满负荷时模拟故障甩满负荷，2F机组导叶开度为85.84%，导叶关闭至零的时间为10.88 s(折算至全行程关闭时间为12.7 s)，蜗壳进口压力为0.73 MPa，蝴蝶阀前的压力为0.76 MPa(压力钢管承受的安全压力为0.9 MPa)，最大频率为69.8 Hz(转速升高率为39.6%)，满足设计安全值要求。

通过采用将分段关闭拐点提升到100%的方案，开创性地将分段关闭装置功能转换为节流阀功能，使导叶关闭速度可控。经试验验证，终于使古城电站机组甩100%负荷的试验结果满足调保计算的要求，从而不需要再采取扩挖调压井的方案，圆满地解决了古城电站机组不能满负荷正常发电的技术难题。

4结语

对于类似古城电站引水隧洞长、流量大、水头低，修建直径44.5 m圆断面的调压室，不仅工程量大，施工困难，而且对调压室至厂房段的边坡稳定不利，需要较大的防护加固工程量。古城电站通过实施将分段关闭拐点提升到100%的方案，开创性地将分段关闭装置功能转换为节流阀功能，使导叶关闭速度可控，几乎不花任何成本就能解决引水系统水压不稳或波动太大的问题，打破了托马条件的约束且大幅度减小了调压室面积、减少了工程投资；同时，也探索并解决了已建成电站由于托马断面不足等原因引起的引水系统水压不稳或波动问题，进而为电力安全生产创造了有利条件。

收稿日期:2015-08-12

中图分类号:TV7;TV737;TV738;TV735

文献标识码:B

文章编号:1001-2184(2016)03-0095-03

作者简介:

白奎明(1974-)，男，四川广安人，副主任(主持工作)，高级工程师，从事水电厂安全生产及技术管理工作；

赵剑华(1983-)，男，四川冕宁人，工程师，学士，从事水电厂技术管理及生产维护工作.

(责任编辑：李燕辉)