白山发电厂三期导叶分段关闭装置改造

中国电机工程学会第十届青年学术会议·吉林 - 300 - 白山发电厂三期导叶分段关闭装置改造 白山发电厂三期导叶分段关闭装置改造 李正洪 吴玮 (白山发电厂 吉林省 桦甸市 132400) 摘 要摘 要 ：白山三期调速系统具有发电/抽水工况控制要求。结合导叶分段关闭装置在白山三期应用情况，对在现场调试中 发现的问题提出改进措施，增加水泵工况节流阀以改变导叶分段关闭规律，简述调节控制过程，经过动态甩负荷试验证明机 组各项技术指标达到要求。 关 键 词 ：关 键 词 ： 白 山 三 期 ； 导 叶 分 段 关 闭 ； 节 流 阀 ； 改 造 1 概述 1 概述 白山三期抽水蓄能电站利用白山水库为上库，红石水库为下库，装设 2 台单机容量为 150MW 水泵电 动机/水轮发电机组。由于抽水蓄能机组运行工况复杂，在电站引水系统存在进出水口非淹没出流的情况， 引起过水上弯段管道顶部压力偏低，经过工程部门大量关闭规律的优化计算，通过一段直线关闭、快慢两 段关闭、慢快两段关闭、快慢快三段关闭规律的比较分析，确定机组导叶关闭规律采用快慢两段关闭或慢 快两段关闭，可以保证水锤压力控制在工程设计范围内。 2 2 导叶分段关闭装置类型 导叶分段关闭装置类型 白山三期导叶分段关闭装置分为电气和机械两大类。 电气导叶分段关闭装置水轮机工况/水泵工况可分 别在微机调速器上设置导叶分段关闭规律，实现分段拐点可调。运行工况切换时，导叶分段关闭规律能及 时对应切换。机械导叶分段关闭装置按拐点位置信号的取得和操作节流阀的方式分为两种，一种由凸轮机 构、配压阀、节流阀组成，用连接在调速环上钢丝绳带动凸轮转动，反应拐点位置，操作配压阀来控制节 流阀动作，实现分段关闭。另一种由导叶位置传感器、电磁配压阀、节流阀组成，采用导叶位置传感器取 代凸轮机构反应拐点位置，操作电磁配压阀控制节流阀，实现分段关闭。三期机组调速系统采用后一种方 式控制。 3 3 现场调试问题 现场调试问题 抽水蓄能机组运行具有特殊性，在发电/抽水工况导叶关闭的斜率与拐点时间不同，运行中机组导叶 关闭过程复杂，对机组导叶分段关闭装置的性能、功能及可靠性提出了更高的要求。2005 年 12 月首先完 成 6G./M 机组的调试工作，结合导叶分段关闭试验情况发现如下问题。 （1）微机调速器电气分段关闭经过试运，从机组实测情况来看，在机组甩 25%，50%，75%负荷时，接力器 不动时间为 0.6S，机组甩 100%负荷时，接力器不动时间约为 0.4S，大于规程规定值 0.2S。用电气分段关 闭接力器不动时间均超过标准，无法保证机组安全稳定运行，电气分段关闭功能需进一步完善。而且分段 关闭装置作为机组的一种保护措施，在微机调速器出现故障时分段关闭装置也无法正常工作，失去对机组 的保护。鉴于上述原因决定暂时取消调速器电气分段关闭功能，机组关闭时使用机械分段关闭方式。 （2）机组启动试运发现水轮机和水泵两种工况的第一段关闭时间不同，即第一段关闭的斜率和到拐点的 时间不同，依据调速器主配压阀能调整一个关机时间的具体情况，机组在水轮机和水泵两种工况下紧急停 机和事故停机，只能满足其中一个工况下机械分段关闭的要求。机组调速机械液压系统中已安装的两道节 流阀可以分别实现和水泵两种工况下第二段关闭时间的调整，对水轮机和水泵两种工况下第一段关闭时间 调整，目前只能实现一个工况下第一段关闭时间的调整，对另一工况必须加以实现。 4 导叶分段关闭装置改进 4 导叶分段关闭装置改进 4.1 增加节流阀改变导叶关闭规律 4.1 增加节流阀改变导叶关闭规律 根据设计方案调速系统导叶关闭规律采用快慢两段关闭来实现。水轮机工况的第一段关闭时间为 10.25S（含调速器迟滞时间 0.25 S） ，接力器行程由 100%(GSMS)关至 60%(GSMS),第二段关闭时间为 40.0S， 中国电机工程学会第十届青年学术会议·吉林 - 301 - 接力器行程由 60%(GSMS)至全关。水泵工况导叶的第一段关闭时间为 5.05S（含调速器迟滞时间 0.25 S） ， 接力器行程由 100%(GSMS)关至 20%(GSMS),第二段关闭时间为 8S，接力器行程由 20%(GSMS)至全关。水泵 工况导叶的第一段关闭时间比水轮机工况的第一段关闭时间短，经过现地反复试验，满足调节保证计算规 定的蜗壳水压上升率及转速上升率要求的前提下，调速器主配压阀调整关机时间来满足水泵工况导叶的第 一段关闭时间，水轮机工况的第一段关闭时间相对水泵工况导叶的第一段关闭时间来说需要延长，这样考 虑在事故配压阀至接力器的供油管上增设一道节流阀装置，由生产厂家根据关闭规律的要求重新进行设计 计算。新增节流阀装置必须是机组在紧急停机和事故停机前投入使用，在其他工况下不使用。 4.2 节流阀调节控制过程 4.2 节流阀调节控制过程 机械分段关闭装置由安装在接力器油管路上的 3 个节流阀组成，按其安装位置自上而下排序为 1、2、 3 号节流阀，节流阀布置见图 1。1 号为水轮机工况第二段导叶关闭节流阀，2 号为水轮机工况第一段导叶 关闭节流阀，3 号为水泵工况第二段导叶关闭节流阀。1 号、2 号节流阀在水轮机工况运行，即换相开关在 发电方向合闸位置，当导叶开度大于 60%满开度时，投入 2 号节流阀，当导叶开度小于 60%满开度时，再 投入 1 号节流阀（即 1 号、2 号节流阀同时投入） 。3 号节流阀在水泵工况运行，即换相开关在水泵方向合 闸位置，当导叶开度等于或小于 20%满开度时，投入 3 号节流阀。当机组处于稳定停机状态时，节流阀复 归。节流阀的投入、复归由监控系统机组 LCU 完成。 1 2 3 图 1 节流阀布置 4.3 6G/M 甩负荷试验 4.3 6G/M 甩负荷试验 发电工况甩 100负荷试验曲线见图 2；水泵工况甩负荷试验曲线见图 3；6G./M 甩负荷试验结果统计 见表 1。测试证明 6G./M 甩负荷试验的接力器不动时间、调节次数、调节时间、蜗壳水压上升值和转速上 升率等技术指标满足设计要求。 5 结语 5 结语 白山三期导叶分段关闭装置经过电厂与施工设计单位共同整改后，设计合理，运行可靠，可以满足抽 水蓄能机组在发电工况及水泵工况甩负荷时导叶控制要求，在水力过渡过程中能够保证调保计算需要，确 保了机组安全运行。 事故配压阀 水轮机工况段分 段关闭节流阀 水轮机工况段分 段关闭节流阀 连接接力器开腔 水泵工况段分段 关闭节流阀 连接接力器关腔 油阀 中国电机工程学会第十届青年学术会议·吉林 - 302 - 图 2 发电工况 100负荷试验曲线 图 3 水泵工况负荷试验曲线 工况 甩负荷率 /% 转速上升率 /% 稳态蜗 壳压力 /m 水压最大 升高值/m 水压上 升率/% 调节时 间/S 接力器不 动时间/S 技术规定 甩 25负 荷 107.3 141.63 150.37 6.80 26s 0.18s 接力器不动 时间0.2s 甩 50负 荷 116.1% 140.44 154.54 10.04 22s 0.26 甩 75负 荷 129.4% 137.90 157.54 14.24 24.6s 0.17 发电工 况 甩 100 负荷 141.6% 134.60 158.20 19.33 27.5s 0.14 调节次数1； 调节时间40s； 蜗壳末端水压 上升180m； 转速上升率 45% 中国电机工程学会第十届青年学术会议·吉林 - 303 - 水泵 工况 水泵工况甩负荷时，导叶关闭走紧急停机回路；导叶以两段关闭规律关闭，拐 点为 20 水泵工况甩负 荷时导叶关闭 走紧急停机回 路 备注 机组额定转速 200r/min；设计水头 105.8m；试验水头 115.0m 表 1 6G/M 甩负荷试验结果统计 参考文献： 参考文献： 魏守平 现代水轮机调节技术 华中科技大学出版社 _ 作者简介：作者简介：李正洪（1970-）男，工程师，班长，从事水轮发电机组及水轮机调速器机械检修和技术管理工作。 吴 玮（1969-）男，工程师，值长，从事水电厂生产运行，单位电话：0432 6705155，手机：13943260600， Email： wuwei363