抽蓄蓄能电站导叶开度的试验研究

抽蓄蓄能电站导叶开度的试验研究

0泵体发电系统概况张湾引水蓄能站（以下简称“张气”）位于河北省石家庄经水市石鱼市附近的甘棠河支流。总套式气本量为1000mw，配备四台250w的单级旁通式水泵机。该站与河北省相连。该站日调节，拥有日调节的旁通容量。在系统中，它起到了调节峰、填充谷、频率、调节相位和事故的备用任务。电站最大毛水头342m;最小毛水头283m;水轮机工况额定水头305m。电站水泵水轮机导水机构共设置了20个导叶,导叶最大开度为36.18°,为了在导叶开启过程中躲避不稳定的“S”形区域,即反水泵工况区,设置了4个为非同步导叶(3号、4号、13号、14号),4个非同步导叶单独动作时,3号、13号导叶开度为5°,4号、14号导叶开度为15°,目前机组运行稳定,振动效果良好。1非同步导叶配置的原因1.1水轮机跨转速运行问题的解决张蓄水泵水轮机模型验收试验是在法国阿尔斯通公司水力机械实验室TP3试验台进行的,下面就水泵水轮机四象限特性试验对我厂设置非同步导叶的原因作进一步的说明。根据模型试验,在水泵水轮机全特性曲线中出现了非常明显的S形区域,见图1所示。在水轮机实际运行水头Hp=285m~346m范围内,根据水轮机空载模型试验得出空载开度为r=5.34°~11.34°,该开度范围正好处于不稳定的“S”区域。在此区域内,机组的同一个转速n11对应三个不同的流量Q11,而且其中一个流量Q11为负值,即水轮机工况在空载或调相运行时有可能进入反水泵工况,给水轮机空载并网和水轮机紧急停机等运行带来困难。需要在真机结构和运行上采取相应的措施改善不稳定的“S”形区域特性。为了躲避在全特性曲线中出现的不稳定“S”形区域(如图1),ALSTOM通过借鉴其他蓄能电站的水泵水轮机已有的经验,在真机上设置一对非同步导叶来解决不稳定的“S”形区域特性。非同步导叶的全开开度为25°,要求当水轮机工况运行水头小于320m、导叶开度小于11°的时候投入。1.2非同步导叶方案在调试过程中发现,1号机组在水轮机工况低水头空转运行时(并网前,非同步导叶投入)振动较大,ALSTOM公司结合与张河湾类似电站的模型试验情况,提出改造设置两对非同步导叶方案,将4个非同步导叶开度调整为3号5°、4号15°、13号5°、14号15°,改造于2008年4月中旬完成,机组再次投入运行时振动有较大的改善。2非同步跟踪装置的工作原理2.1机组并网运行稳定性的影响非同步导叶装置的工作原理即先把4个非同步导叶打开3号5°、4号15°、13号5°、14号15°且保持到其他导叶打开至某一特定开度后再进入同步操作,在其他导叶较小开度时就能得到相应的流量和速度。由于在导叶较小开度时避开了“S”不稳定区的机组其运行稳定性能得到明显改观,即运行范围已不在“S”区。在运行水头范围内导叶所有开度线与各种负荷的转矩线都只有一个清晰的交点,亦即相对应的n1’=常数,这意味着运行工况必然是稳定的。机组并网后,为了保持负载工况下的稳定性,其他导叶在控制环的操作下继续开启而两个预开启导叶仍保持不变。当达到某一功率(为70MW)或导叶开启至一个特定角度后,预开启导叶才与其他导叶同步随功率增大继续开启至最大。2.2在单接力器的两端端设计方案(1)对称设置的两对导叶的拐臂改装为双连杆结构,连杆Ⅰ中部铰接于导叶上,其一端连接在控制环上,另一端与单接力器的活塞杆相连接。连杆Ⅱ的一端固定在导叶上,另一端连接在单接力器的缸体上。(2)单接力器只能运动至两端部位置,在其运动时,连杆Ⅰ、Ⅱ可以相对转动,而引起所控制导叶相对于其他导叶的预开启(关闭)或者与其他导叶一起动作。(3)控制环的所有动作同时传递给这两个预开启导叶在内的所有导叶。(4)通过一组压油管路、一组电磁阀及一个接力器,将控制环的位置传递辅助信号至各接收部位以达到预开启相关特定导叶的目的。(5)非同步导叶上装有限位块,能够对接力器的阀杆起限位作用,当机组自部分负荷至满负荷区间运行时能够防止预开启导叶超过其最大开度。3叶油泵压降控制(1)2台额定功率7.5kW齿轮泵,AP211和AP212工作压力20MPa。(2)2个氮气储能的储能罐为非同步导叶提供动力,储能罐额定压力16MPa,压力降至12MPa启动一台小导叶油泵,压力升至16MPa停止油泵,压力降至10MPa机组机械跳机。(3)1个单向电磁阀AD201用于控制非同步导叶装置的投入和退出。(4)8个非同步导叶位置传感器,每个非同步导叶配置“全开”、“全关”各一个,由于监控只设置了4个点,现地实际有8个点,所以调试人员把现地8个点串联成4个点与监控对应,1号机是3号、13号非同步导叶“全开”节点串联一起,4号、14号非同步导叶“全关“节点串联一起,2号、3号、4号机是3号、4号非同步导叶“全开”节点串联一起,13号、14号非同步导叶“全关“节点串联一起送到监控。(5)4个非同步导叶接力器,用于操作非同步导叶。如图3:4非同步叶片检测逻辑4.1非同步跟踪系统的有效运行噪声(1)P转G工况运行。(4)机组背靠背启动方式(拖动机)。(6)线路充电工况启动。4.2机组并网运行情况,系统运行时机组需要接(1)P转G工况运行时:(2)收到换相刀闸合于G方向信号;(2)机组甩负荷后的空载额定转速运行时:(2)收到机组转速大于等于50%额定转速信号;(3)黑启动(BS)、线路充电(LC1、LC2)工况启动时:(2)收到机组转速大于等于50%额定转速信号;(4)机组并网稳定运行时:(1)收到机组开关GCB合位信号;(2)收到机组转速大于等于50%额定转速信号;(1)收到机组开关GCB分位信号;(2)收到机组转速大于等于50%额定转速信号;(3)收到机组转速小于等于110%额定转速信号;(4)收到调速器ADT1000无大故障信号。4.3非同步跟踪过程的监控示意图图45机组运行情况通过非同步导叶在张河湾抽水蓄能电站的应用,有效地缩短了水泵水轮机组在“S”区域(反水泵工况区)的停留时间,极大地改善了机组振动效果。目前,非同步导叶装置在浙江天荒坪、辽宁蒲石河等国内多个抽水蓄能电站得到了广泛应用,提高了机组运行的可靠性。(2)机组在甩负荷后的空载额定转速运行。(3)机组并网运行。(5)黑启动工况启动。(7)机组G工况启动。(1)收到G工况启动信号;(3)收到机组开关GCB分位信号;(4)收到机组转速大于等于50%额定转速信号;(5)收到机组转速小于等于110%额定转速信号;(6)收到调速器ADT1000无大故障信号。(1)