第３３卷第４期 ２０１０年８月 水电站机电技术 Ｖ０ｌ＿３３ Ｎｏ．４ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｕｇ．２０１０ １３ 白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动方式探讨 伍志军 ，杨洪涛 （１．中国水电顾问集团中南勘测设计研究院，湖南长沙４１００１４； ２．湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北罗田４３８６００） 摘要：自莲河抽水蓄能电站首台机首次起动时，上水库蓄水位远低于进出水口顶面高程，不具备水轮机工况调试 条件。为此，经多次论证，其首台机采用泵工况在异常低扬程下进行首次起动，在泵工况调试完成后，再进行水轮机 工况的调试和工况转换调试，第一次成功实现了国内抽水蓄能电站真正意义上的首台机首次泵工况起动。 关键词：白莲河；抽水蓄能；水泵水轮机；泵工况，首次起动 中图分类号：ＴＶ７４３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５３８７（２０１０）０４—００１３—０３ ０概述 白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县 白莲河乡境内，电站装设４台单机容量为３００ＭＷ的 １首台机首次起动方式 纯抽水蓄能电站上水库大多为人工成库，集雨 面积很小，没有天然地表径流补给。受自然条件、施 首台机首次起动时，上水库一般 单级混流可逆式水泵水轮电动发电机组，平均年发电 工工期等因素影响，量９．６７亿ｋＷ・ｈ，年抽水耗用低谷电量１ ２．８９亿ｋＷ・ｈ， 不具备较大的蓄水量。考虑上库的蓄水时间以及机 属日调节纯抽水蓄能电站。电站以一回５００ ｋＶ出线接 人黄冈变，在华中电网中承担调峰、填谷、调频、调相、事 组发电进度的要求，抽水蓄能电站首台机首次起动 方式主要有以下三种： 故备用及黑起动的任务。 电站枢纽建筑物由上水库、输水系统、地下厂房 系统、下水库、地面开关站、中控楼、副厂房等建筑物 方式一：利用外加充水泵向上库充水，充水至上 库死水位以上，蓄水量以满足首台机首次按照水轮 机工况起动并完成全部调试项目的需要，然后机组 以水泵工况起动，向上库充水； 方式二：利用外加充水泵向上库充水，蓄水量仅 满足首台机首次按照水轮机工况起动并完成必要的 空载调试项目的需要，然后机组以水泵工况起动，向 组成。上水库没有天然地表径流补给，为日调节水 库。下水库利用２Ｏ世纪６０年代初建成的白莲河大 型水库，属多年调节水库。输水系统和尾水系统均采 用一洞两机布置方式。电站的水能参数如下： ａ）水位（海拔高程） 上库充水，再交替进行水泵抽水工况调试和水轮发 电机工况调试； 上水库正常蓄水位 上水库死水位 下水库正常蓄水位 ３０８．０ １１３． ２９１．０ｍ １０４．０ ｎｌ 方式三：利用外加充水泵向引水钢管充水，充水 至满足机组水泵工况异常低扬程起动的水位（一般 充水至上水库进出水口底板高程），机组按照水泵工 况方式起动调试，并以水泵工况向上库充水，再交替 进行水泵抽水工况调试和水轮发电机工况调试。 其中，方式一和方式二的蓄水量为死库容与调 试水量之和，方式三仅需蓄水至首台机引水系统进 水口底板高程。 收稿日期：２０１０—０４—２０ 下水库极端死水位 ｂ）库容 ９１．０ｍ 上水库有效库容 上水库死库容 下水库有效库容 １ ６６３×１０ ＩＴ１ ７３３×１０４ ｍ ５７ ２ｏ０×１０４ｍ ｃ）电站水头／扬程 最大毛水头／静扬程 最小毛水头／静扬程 ２１７．０ Ｉｎ １８７．０ｍ 作者简介：伍志军（１９７８一），男，工程师，从事水力机械设计。 １４ 水电站机电技术 第３３卷 ２三种起动方式分析 上述三种充水方式中，方式一最为安全，水轮机工 况调试负荷逐级增加，对机组振动、压力脉动、轴承负 荷、温升等有—个逐步加大的、可调整的逐步考验过 程。但是，此起动方式因需上库蓄水量太大、蓄水历时 泵工况起动，并在模型试验中予以验证，主机厂家也 提供了水泵水轮机首次泵工况起动充水程序。 水泵水轮机模型验收试验结果显示，在导叶开 度达到１３．５。至１８。之间可满足水泵１６５．００ ｍ低 扬程充水起动的入力和压力脉动要求。其中水泵工 况在超低扬程起动时导叶与转轮之间压力脉动值为 １７．８％，小于合同要求２５％，其它部位的压力脉动均 太长、前期投入大而不易实现，除非是上库本身具有天 然径流或上库施工进度领先于机电设备安装进度。 方式二采用水轮机工况首次起动，但对上库要 求的蓄水量相对较小，仅需满足机组初期以发电工 况完成最基本的调试试验所需的水量即可，对工程 进展比较有利，是稳妥而实用的首台机首次起动方 式；但主机设备承担的风险相对较大。该方式也是国内 上库无天然径流的已投运抽水蓄能电站主要采用的首 台机首次起动方式。本电站上库死库容７３３万ｍ。， 引水系统充水量约２０万ｍ ，为保证首台机组在死水 位以上连续运行５ ｈ并考虑一定裕度所需的调试水 量约３１５万ｍ ，蓄水期间（１５个月）７５％保证率下的 径流量１４５万ｍ，，水量损失约１０４万ｍ ，抽水总量 约１ ０２７万ｍ３，相应上库水位为２９３．５０ ｍ。按抽水时间 １５个月计算，需选用７台（其中２台备用）扬程２９０ＩＴＩ， 流量２００ｍ３／ｈ的充水泵，相应总投资约１ ６００万元。 方式三较多应用于上库放空检修后对上水库进 行充水，机组以泵工况运行极限低扬程至最低扬程 之间，会有较大的振动和压力脉动，但因历时较短， 振动和压力脉动虽然有可能会超过正常运行允许范 围，仍是可以接受的。由于上库放空检修前机组已经 正常商业运行一段时间，本身的各项技术指标和稳 定性指标已经过调试试验、各种运行工况和工况转 换试验的实际考验，机组调试和运行时所发现的缺 陷已经得到妥善处理，故采用此种起动方式技术上 是可行的。广蓄和天荒坪电站上水库放空检查后就 是采用这种方式。但对于新建电站首台机首次起动， 在国内已投运或在建的几个抽水蓄能电站中尚无应 用实例，国外也很少应用，需进行相关的技术论证。 ３起动方式确定 白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动方式，在 预可行性研究阶段和可行性研究阶段推荐采用小水 泵充水至进水口底板高程，使水泵初始扬程达到 ８０％ ９０％最低扬程，然后利用水泵工况首次抽水 方式；主机合同也规定首台机首次起动方式采用水 小于３％，满足合同要求，不会由此产生水力振动问 题；同时，针对导叶开度为１８。进行水泵异常低扬 程运行的试验，起动静扬程为１６０．００ ＩＴＩ，实际运行扬 程为１６４．５４ ｍ，相应的原型流量约为１５５．５８ ｍ３／ｓ，电 网频率５０ Ｈｚ时的人力为３０２．５ ＭＷ，最大入力为 ３０５．７ ＭＷ，满足机组合同对水泵正常运行范围内入 力的要求，模型试验确认在此条件下运行不发生有 害振动和空化破坏。但因压力脉动真机和模型是不 相似的，有可能真机在异常低扬程下运行的稳定性 情况会变得恶劣。除此之外，机组在异常低扬程下以 水泵工况起动对机组振动、动平衡、轴承负荷、温升 等也将是直接的接近正常运行最大值的考验。 主机厂家提供的水泵水轮机首次泵工况起动充 水程序为：首先利用下库对引水系统进行平压充水 至下库水位高程，然后利用小水泵充水至上库进出 水口底板高程２７１．０ ｍ即进行水轮机空载调试，运 行约９ ｍｉｎ，引水钢管中的水位下降至２５６．０ ｍ，无异 常后即可进行泵工况起动，此时泵的扬程为极限低 扬程１６５．０ｍ。 在电站建设过程中，项目业主也多次组织相关 专题研究论证，并委托武汉大学水利水电学院对机 组首次水泵起动特殊过渡过程进行计算机数值模拟 计算。计算结果表明，首次水泵起动特殊过渡过程各 种工况调保参数均满足要求，且有较大裕度。最后， 综合考虑施工进度和技术及经济风险后，决定采用 泵工况首次起动。 ４泵工况首次起动及机组调试过程 白莲河抽水蓄能电站泵工况首次起动及机组调 试过程主要分为： （１）首台机引水系统充水至上库进出水口底板高 程２７１．０ｍ。此时，上库天然蓄水已至约高程２７５．０ｅｒ，ｔ： 库进／出水口为岸塔式（侧式）结构，进／出水ＶＩ底板 高程为２７１．００ ｉｎ，进水口前池底坎最高处高程为 ２８３．０ ｍ，受前池底坎阻挡，上库蓄水不能自流入进 第４期 伍志军，等：白莲河抽水蓄能电站首台机首次起动方式探讨 １５ 出水口，需临时设置低扬程大流量的排水泵，将上库 蓄水抽至首台机引水压力钢管。 （２）首次水轮机工况滑动试验。２００９年３月１０ 日，首次手动开机，调速器切电气手动，慢慢开启导 叶至２％，机组开始转动，并保持机组转速在５％额 定转速左右，转动约５ ｍｉｎ，检查主轴密封水压、流量 机械事故（调速器低油位停机）和正常停机试验。至 此，水泵工况调试基本完成。 （７）８月１８日，上库水位蓄水接近２９６．０ｍ，开 始水轮机工况起动调试，在机组发电工况调试期间， 结合水泵工况运行给上库充水，其间上库水位最高 达到约３０４．０ｍ。 正常，机组声音正常，机械部分无明显摩擦与碰撞。 （３）２００９年５月２１日至８月５ Ｅｔ，依次主要进 行了转轮室充气压水试验、ＳＦＣ分步与自动开停机 试验、电制动及动平衡试验、手动及自动准同期并网 试验、水泵调相工况瓦温稳定试验及保护极性校验。 （４）８月６ Ｅｔ成功完成水泵调相工况转水泵工况 ｍ），机组有功约３０８ ＭＷ。 （８）在完成发电工况试验后，９月１３日至１７ 日，进行工况转换试验。 （９）在完成机组整组起动调试工作和消缺处理 后，机组于２００９年１０月２３日０：００进入３０天试运 行。在３Ｏ天试运行期间，累计购网电量２３５９．５万 ｋＷ・ｈ，上网电量１ ４６０．７万ｋＷ・ｈ，累计发电运行时间 试验，净扬程约１８５．５ ｍ（正常扬程范围：１９１ ｍ～２２２．７ ６０ｈ４ｍｉｎ，抽水运行时间７６ｈ２４ｍｉｎ。发电工况起动 ２３次，成功２３次；水泵工况起动２１次，成功２１次，起 （５）８月７ Ｅｌ，机组抽水试验，同时进行泵工况 瓦温稳定试验及保护校验。水泵工况异常低扬程起 动，上库水位为２８１．５ ｍ，蓄水量约２２０万ｍ ，下库 动成功率均为１００％，均满足设计和规范要求。 ５结语 ＧＢ／Ｔ１８４８２—２００１《可逆式抽水蓄能机组起动试 验规程》和ＤＩＪＴ５２０８—２００５《抽水蓄能电站设计导 则》均推荐先完成水轮机工况起动试验后，方可进行 首次水泵工况起动。但在上水库未提前充（蓄）水的情 况下，允许机组以水泵工况起动。白莲河抽水蓄能电 站在死库容较大、上库基本无径流的条件下，经过参 水位为９６．１９ ｍ，导叶开度为３４％，水泵流量１３４ ｍ３／ｓ， 电动机吸收功率３０４．６ ｌＶｌＷ，稳定运行约３ ｈ １５ ｍｉｎ， 推力轴承瓦温稳定，最高７４．１７℃，定子绕组最高温 度为８４℃；停机过程中 障睁饥试验；匕库蓄水 至２ ８４．７ ｍｏ ８月８日，柳组泵工况运行约１ ｈ ３０ｍｉｎ，停 机过程中进行电气故障停机试验，上库蓄水至 ２８６．０５ ｍ，蓄水量约４３５万ｍ 。 （６）８月９日至１８日，主要进行了水泵工况正 常扬程抽水及热稳定试验、水泵工况突然断电试验 （紧急按钮停机）、电气事故（低功率保护动作停机）、 （上接第１２页） 表２调整调节规律后试验数据 建各方的努力，通过科学缜密的论证和精心细致的 组织，成功地实现了首台机首次泵工况起动，既节约 了投资，又缩短了工期，为我国抽水蓄能电站建设提 供了首台机首次泵工况起动的成功经验。 壳水压或压力水管的要求按调节保证计算来确定 的。但是，对于低水头电站，由于可能出现过高的反 水锤压力，因此调节保证计算应考虑防止反水锤事 故的发生来确定导叶关闭时间。 （２）合理选择调节规律 当用调节保证计算无法解决反水锤与转速升高 的矛盾时，可改变导叶的关闭规律，工程中采用分段 关闭导叶的方法非常有效，必要时采用三段关闭导 ５防止抬机和减轻反水锤的有效方法探讨 综合上述各种情况表明，以下几种措施可以防 止抬机和减轻反水锤事故。 （１）合理选择导叶关闭时间 在水电站设计中，导叶的关闭时间通常是以蜗 叶，能理想地解决好这一问题。 （３）设备制造时可以适当加大补气阀的尺寸，调 整补气阀的动作值，保证可靠补气。 （４）在电站设计中，合理选择尾水管结构尺寸， 以降低尾水管反向水流的流速。