某300 MW抽水蓄能机组双机甩负荷过渡过程试验

曹 扬，彭 辉，吴建标，许 健，周 浩

（江苏方天电力技术有限公司，南京 210000）

机组转轮是抽水蓄能电站重要的水流通道部件，也是机组的“心脏”，转轮水力性能的优劣直接影响电站运行的安全性和可靠性。 本文对某抽水蓄能电站2 台机组在调试期间进行同一流道双机甩负荷试验分析，根据试验实测数据与仿真计算进行比对，实测数据与仿真结果两者契合度较高。 机组运行各项性能指标优良，效率、压力脉动等关键技术指标优于合同保证值或同类型机组。

1 概况

某电站安装4 台单机容量为300 MW 的抽水蓄能机组， 引水系统和尾水系统采用一管两机布置形式， 输水系统总长3294.7 m， 其中引水系统全长2846.6 m。引水系统立面采用“两级斜井”布置方式，在斜井中部设置中平段。尾水系统立面采用“平洞＋斜井”方式布置，机组引水系统布置如图1。

图1 机组流道示意图

2 机组双机甩负荷过渡过程试验

2.1 机组主要技术参数

水轮机发电机主要参数如表1。

表1 水轮机发电机技术参数

2.2 试验测点位置数据及内容

2.2.1 测点位置

试验测量数据有机组转速、 有功功率、 导叶开度、蜗壳进口压力、尾水进出口压力及机组摆度、机架振动。测点名称及传感器如表2。

表2 测点统计

2.2.2 试验过程及数据

在进行一管双机甩负荷试验前进行导叶关闭规律复核试验［2］，经复核2 台机组导叶关闭规律正常，关闭时间分别为38.863、39.965 s，满足设计要求。

为确保试验安全可靠， 双机甩负荷按负荷逐级增加的方向进行［3］，先进行一洞双机甩50%负荷试验，试验结果评估安全后再进行双机甩100%负荷试验。

一洞双机甩50%负荷试验检查完成后进行甩100%负荷试验，试验过程转速及压力脉动记录如图2～图4， 相关参数分析如表3。机组在甩100%额定负荷即时的1#、2#机组转速最大值依次为额定转速的140.43% ，139.154%。 最大蜗壳进口水压依 次 为 5.720、5.659 MPa， 尾水管进口压力最小值依次为0.245、0.324 MPa，尾水管出口压力最大值依次为0.78、0.98 MPa，上述各项指标满足主机合同中规定的要求。

表3 双机甩100%负荷试验数据统计

图2 甩100%负荷转速变化趋势

图3 甩100%负荷1#机组压力脉动变化趋势

图4 甩100%负荷2#机组压力脉动变化趋势

2 台机组的尾水管进口压力及尾水管出口压力脉动变化趋势基本趋于 一 致，2 台 机组蜗壳进口位置不便于加装测点， 安装传感器的测点位于水位室外集中布置管道， 压力脉动传输过程中波动值一部分也由于仪表管的压力叠加作用， 数据采集时采用低通滤波器进行处理， 峰峰值也使用双侧分位法进行计算确定。

在甩负荷时导叶采用分段关闭［4］，规律为先快关后慢关，在第一段关闭4 s 至导叶开度65%，第二段33 s 后导叶至全关，由图2～图4 可知，在机组关闭规律下，机组转速上升至飞逸点后随即下降，在过程中出现2 次波峰。 从蜗壳进口压力及尾水进口压力变化过程来看，压力趋势均一致上升后快速趋于稳定，蜗壳压力在导叶第一段关闭后出现大幅值震荡，随着导叶关闭后便趋于稳定［5］。两台机组在甩负荷过程中趋势接近，转速均出现2 次波峰，蜗壳与尾水压力极值也出现在首次波峰附件，随着导叶关闭后，转速及蜗壳、尾水压力也逐渐降低。试验采集的数据均满足调节保证计算的要求。

3 试验分析

过渡过程仿真计算与试验实测对比如表4。

表4 仿真与实测对比

由于抽蓄机组在运行过程中转轮直径较大，离心力作用也大，水的进流能迅速下来，机组受到自身惯性驱动而进入制动区，水流阻挡转轮后，转速也略微下降，因而开度线出现反弯，形成一个S 型［8］，由于这种S 型曲线特性，抽蓄全特性模型建立较困难，预测值可能会偏离实际值，由表7 看出，此类型13叶片转轮及333.3 转/min 转速组合的机组模型较为成功，试验数据与模型仿真值基本一致。

由图5～图6 可知，在双机甩负荷过渡过程中，转速及压力实测值与仿真值有较强的拟合性［9-10］，数据采集使用抗混叠滤波器，1#机组转速实测值与预测值误差0.18%，2#机组转速实测值与预测值误差0.75%,1#机组蜗壳进口压力实测值与预测值误差1.5%，2#机组蜗壳进口压力实测值与预测值误差0.6%，甩负荷误差率最大值仅1.5%。

图5 1#机组转速及蜗壳实测与仿真曲线

图6 1#机组尾水进、出口实测与仿真曲线

4 结语

（1）双机甩负荷各项参数指标均符合相关标准规范和机组技术协议规定，对13 叶片转轮及333.3转/min 转速类型机组导叶分段关闭规律校验，在此关闭规律下机组转速及压力脉动能迅速趋于稳定，说明导叶先快后慢的导叶关闭规律较为合理，有利于机组稳定运行。

（2）双机甩负荷过程中，实测数据与仿真结果基本一致，为国内后期采用13 叶片转轮及333.3 转/min转速组合的机组提供可靠的技术指导，同时验证模型试验仿真计算可靠性，为后续现场试验提供安全保障。