国产抽水蓄能机组调速器分段关闭装置的应用

邢红超

（安徽响水涧抽水蓄能有限公司安徽芜湖241083）

国产抽水蓄能机组调速器分段关闭装置的应用

邢红超

（安徽响水涧抽水蓄能有限公司安徽芜湖241083）

本文介绍了国产调速系统分段关闭装置在大型国产抽水蓄能机组的现场应用、工作原理、装置结构等情况。由于抽水蓄能机组工况复杂的本身特点也决定了其调速器分段关闭装置不同于常规水电，因此需要水轮机方向和水泵方向均要实现不同拐点、不同速率的关闭规律。

国产；抽水蓄能机组；分段关闭装置

抽水蓄能机组在电网中承担调峰填谷、调频、调相、事故备用及黑启动的任务，为保障电网的安全稳定经济运行提供了有效手段。抽水蓄能机组的调速器作为机组主要的控制设备之一，对保证抽水蓄能机组根据需要及时安全可靠的运行在不同的工况下起着非常重要的作用。

1 结构组成和工作原理

分段关闭装置与接力器开腔相连，可以实现抽水蓄能机组在水轮机和水泵两种工况下不同速率与不同拐点的分段关闭，主要由分段关闭阀Ⅰ、分段关闭阀Ⅱ及分段关闭集成块组成；分段关闭阀Ⅰ布置油压装置旁边，事故配压阀后面，采用滑阀式结构；分段关闭阀Ⅱ由液控阀EV5、梭阀及3个插装阀组成[1]。

1.1 水轮机工况

当机组在水轮机工况运行时，电磁阀EV7、EV8不带电，分段关闭装置处于水轮机工况。当达到拐点时，楔形块碰触行程阀，行程阀换向，液控阀EV5左端控制腔通压力油，EV5工作于左位，插装阀C5、C7控制腔通压力油，插装阀C5、C7关闭，插装阀C6控制腔通回油，C6打开。此时，压力油通过插装阀C6与接力器开腔相通，主接力器回油通过插装阀C6节流，分段关闭阀Ⅱ起节流作用，主接力器的关闭速度变慢，可以通过调节C6顶端调节螺母来调整阀芯开口大小，从而改变关机速度。

1.2 水泵工况

当机组在水泵工况时，电磁阀EV7、EV8线圈得电，分段关闭装置处于水泵工况。

分段关闭的第一段速率由分段关闭阀Ⅰ调整，调节分段关闭阀Ⅰ上的调节螺杆，可以调节第一段关闭速率。第二段速率由分段关闭阀Ⅱ调整，当达到拐点时，楔形块碰触行程阀，行程阀换向，液控阀EV5右端控制腔通压力油，EV5工作于右位。插装阀C5、C6控制腔通压力油，插装阀C5、C6关闭，插装阀C7控制腔通回油，C7打开。此时，压力油通过插装阀C7与接力器开腔相通。主接力器回油通过插装阀C7节流，分段关闭阀Ⅱ起节流作用，主接力器的关闭速度变慢，可以通过调节C7顶端调节螺母来调整阀芯开口大小，从而改变关机速度。

2 分段关闭装置设计特点

（1）分段关闭装置采用机械行程换向阀，保证了导叶关闭的可靠性，即使在系统失电的情况下，也能实现导叶分段关闭功能。

（2）电磁阀EV7，EV8采用的双稳态型，只需要监控系统给一个工况脉冲信号即可，保证了机组运行的可靠性，如图1所示。

（3）液控阀EV5的压力油取自接力器的关腔，导叶接力器在关闭过程中关腔为压力油，液控阀可以可靠地控制分段关闭装置的投入与退出，而在导叶开启的过程中关腔为回油，液控阀失去了对分段关闭装置的控制，使分段关闭装置处于开放的状态，这避免了导叶开度处在拐点以下时，分段关闭装置影响导叶开启的速度。

3 分段关闭规律介绍

在0～100%范围内，接力器以设定的速度关闭。水轮机工况导叶的第一段关闭时间为2.65S（含调速器迟滞时间0.2S），接力器行程由100%关至65%；第二段关闭时间为21.7S，接力器行程由65%至全关。水泵工况导叶的第一段关闭时间为14.2S（含调速器迟滞时间0.2S），接力器行程由100%关至10%；第二段关闭时间为5S，接力器行程由10%至全关。

计算分析：

（1）毛水头

图1 分段关闭系统

毛水头：Hg=Z1-Z2

式中：Z1-上游水位（m）；Z2-下游水位（m）。

（2）转速上升率

式中：β-转速上升率；nmax-甩负荷时最高转速；n0-甩负荷前稳定转速。

（3）蜗壳水压上升率

式中：ξ-蜗壳水压上升率；Pmax-甩负荷蜗壳最高水压；P0-甩负荷前蜗壳水压。

4 控制程序设计

PCC硬件的模块化设计给抽水蓄能机组调速器的硬件结构配置带来了很大的方便。选用2005系列的PCC模块作为抽水蓄能机组调速器的硬件主体。CP340作为调节系统的主CPU模块，该模块功能强大，主频266MHz，具有512KB SRAM，16MB FlashPROM，1个100M以太网接口，1个RS232接口；CP340还具有强大的通信、计算和管理功能，可以轻松完成调速器所有信息的采集、数据处理、调节计算、控制输出、通讯、调度管理等[2]。

5 技术改造

应用于响水涧的分段关闭装置需要水轮机方向和水泵方向均要实现分段关闭的功能，该方向信号需要电信号励磁，如果发生电信号丢失的情况，分段关闭装置不能确认机组运行方向，会造成分段关闭装置动作规律变化的可能性。

如图1所示，EV7和EV8所表示的机组工况切换阀需要电磁励磁才会在交叉位工作，使机组处于水泵分段关闭工况。当作用于EV7和EV8上的励磁电压消失，且机组当前处于水泵运行工况，且机组当前发生紧急停机工况，此时机组的关闭规律会发生变化，会产生安全隐患。

为解决机组在水泵工况下发生紧急停机、且发生全厂掉电的时候，此时机组停机规律发生变化的情况，现将原设计液压原理图改造成如图2所示，EV7和EV8改成带定位的切换阀。EV7和EV8运行状态不会因为励磁电压的消失而发生变化，若机组当前处于水泵运行工况，且机组当前发生紧急停机工况，即便全厂掉电，此时机组的关闭规律也不会会发生变化。

6 结束语

抽水蓄能机组在电网中发挥着特殊作用，机组在发电和抽水运行时如遇事故发生导叶在关闭过程中，扬程、转速、流量和压力都将有很大变化，解决的方法通常是采用合理的导叶分段关闭规律使压力钢管及尾水管中水压振荡最小，从而让机组稳定运行在“S”区，降低机组的不稳定性，切实维护电网安全，此结构的抽水蓄能机组分段关闭装置集成化设计、无明管、无渗漏、检修方便、控制简单、运行可靠，对于保障抽水蓄能机组安全、稳定、可靠运行起到了至关重要的作用。

[1]沈祖诒.水轮机调节（第三版）[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[2]梅祖彦.抽水蓄能技术[M].北京：清华大学出版社，1988.

TV743

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1004-7344（2016）28-0063-02

2016-9-9

图2 分段关闭改造液压设计方案

邢红超（1984-），男，河南安阳人，初级工程师，本科，从事抽水蓄能电厂运行维护工作。