国产抽水蓄能机组调速系统分段关闭装置的应用

国产抽水蓄能机组调速系统分段关闭装置的应用

0调速器导叶分段关闭引水蓄能器负责在电网上调节峰谷、频率、相位、事故后黑启动和黑停止，并确保电网的安全稳定运行。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。包括机组的启停控制、负荷调整、频率调整,实现各种工况的转换和稳定运行、机组甩负荷后的转速控制。而我国的大型抽水蓄能机组调速器全部依赖进口,而南京南瑞公司生产的抽水蓄能机组调速器在响水涧电厂的成功应用弥补了这一空白。在机组运行时,可能出现某种故障使机组在水轮机工况和水泵工况下甩负荷,为了保证水轮机工况和水泵工况下都能满足调节保证计算的要求,调速器导叶采取分段方式关闭。目前国内外采用的是单方向分段关闭控制,在需要双向分段关闭控制的时候,设计两套分段关闭装置,但是两套分段关闭装置的控制逻辑上相对复杂,并且可靠性低。该分段关闭装置属于国内外首创,同行业内没有该种高集成度,高可靠性的分段关闭装置,该分段关闭装置在大型抽水蓄能机组国产化项目上取得了成功应用。1分段关闭装置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。分段关闭集成块布置在机坑内接力器旁边,由两个电磁阀EV7、EV8以及行程阀V1、V2组成,用于判断水轮机/水泵工况以及不同工况下的关闭拐点。当机组运行在水轮机工况时电磁阀EV7和EV8不带电,分段关闭装置处于水轮机工况。当机组运行在水泵工况时,电磁阀EV7及EV8得电,分段关闭装置运行于水泵工况。1.1中压油插装阀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分段关闭阀控制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机组运行可靠性(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(见图1)。(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。采用此种设计,第一:避免了单稳态电磁阀在水泵工况下长期带电状态,可延长电磁阀的工作寿命;第二:监控系统只有在工况发生变化的时候才发出信号,不会因监控系统的故障而导致工况发生变化。(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分段关闭时间在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。在规定的水头和出力范围内,进行了不同工况甩负荷、导叶拒动、水泵断电的调节保证计算,试验结果表明,遵循上述导叶关闭规律,在上述各种工况下蜗壳末端、转轮出口处压力值及速率上升值均满足要求。例如响水涧电厂1号机最恶劣的工况为甩负荷的现场试验验证了该规律的重要性。以下为此试验计算分析方法和过渡过程曲线以及试验结果。3.1计算与分析3.1.1毛水式中:ZZ3.1.2跑次数式中:β——转速上升率;3.1.3壳体的抗高血压性能式中:ξ——蜗壳水压上升率;3.2分离负荷转换过程的曲线甩负荷过渡过程曲线见图2~图4。3.3钢管压力变化(1)在转速变化过程中,1号机组最大转速为134%,即335r/min,满足在所有过渡过程工况中机组产生的瞬态飞逸转速不大于375r/min,稳态飞逸转速不大于350r/min的要求。(2)在压力变化过程中,蜗壳压力上升最大值为3.06MPa;钢管压力上升最大值为3.16MPa;满足蜗壳进口中心线处最大压力值不大于3.45MPa的要求。(3)在压力变化过程中,尾水管进口压力最大值为0.72MPa;尾水管进口压力最小值为0.25MPa;尾水管出口压力最大值为0.76MPa;尾水管出口压力最小值为0.33MPa;满足尾水管进口(转轮出口)出最低压力值不小于0.1MPa;最大压力值不大于1.0MPa的要求(见表1)。4cp尔雅监控系统模块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512kBSRAM,16MBFlashPROM,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、通信、调度管理等。在相应软件平台上通过程序输出运行分段关闭功能(见图5)。5带定位的切换阀方案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6所示,EV7和EV8改成带定位的切换阀。该类型机组工况切换阀只需要单端脉冲电磁励磁就会工作在当前位,使机组处于设置的运行工况。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发生变化。液压和电气部分改造后进行了调速器导叶副环扰动试验,对接力器行程与导叶关闭时间进行录波,验证关闭规律曲线与之前是否一致,并进行分析。验证结果基本保持一致。6分段关闭装置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,