中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：同一高壓輸水系統(tǒng)內(nèi)的三臺(tái)機(jī)或四臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站極為罕見(jiàn)，北方的抽水蓄能電站一般為一洞兩機(jī)布置形式，如：寶泉、白蓮河、仙游、仙居電站等，更早期的天荒坪電站上游輸水系統(tǒng)為一洞三機(jī)布置，下游尾水系統(tǒng)卻為一管一機(jī)布置，1999年同一輸水管內(nèi)的1號(hào)、2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了同時(shí)甩300MW負(fù)荷試驗(yàn)，但沒(méi)有再進(jìn)行三臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)；南方的廣蓄、惠蓄及清蓄上游輸水系統(tǒng)、下游尾水系統(tǒng)均為一洞四機(jī)布置形式，惠蓄#5和#6機(jī)在2011年進(jìn)行了雙機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，但未進(jìn)行過(guò)三機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)；國(guó)外日本今市一洞三機(jī)360MW抽水蓄能電站做過(guò)三機(jī)同甩試驗(yàn)，但其輸水管和尾水管無(wú)均有調(diào)壓井；目前國(guó)內(nèi)清蓄三臺(tái)機(jī)組和四臺(tái)機(jī)組均進(jìn)行過(guò)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)有重大的意義。
進(jìn)行多機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)的目的主要是檢測(cè)三機(jī)甩負(fù)荷時(shí)壓力鋼管和每臺(tái)機(jī)組蝸殼最大壓力上升值、每臺(tái)機(jī)組尾水管真空度、每臺(tái)機(jī)組最高轉(zhuǎn)速上升值及導(dǎo)葉接力器關(guān)閉規(guī)律，評(píng)價(jià)機(jī)組能否滿足調(diào)保計(jì)算及設(shè)備生產(chǎn)廠家關(guān)于壓力上升率、轉(zhuǎn)速上升率的設(shè)計(jì)要求。如果開(kāi)關(guān)站只設(shè)置一回500kV出線，在線路跳閘的情況下，所有運(yùn)行機(jī)組將甩負(fù)荷停機(jī)。通過(guò)電站“一洞四機(jī)”三機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)，檢測(cè)試驗(yàn)測(cè)量的主要參數(shù)的數(shù)值是否與計(jì)算結(jié)果接近？蝸殼最大壓力、尾水壓力誤差在5%以內(nèi)、最大轉(zhuǎn)速上升率的誤差在3% 以內(nèi)？驗(yàn)證了廠家用于水力過(guò)渡過(guò)程導(dǎo)葉兩段關(guān)閉規(guī)律是否可行的?各振動(dòng)擺度及軸承溫度變化趨勢(shì)穩(wěn)定，為電站長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了試驗(yàn)依據(jù)。
在各種組合工況過(guò)渡過(guò)程中：一般活動(dòng)導(dǎo)葉采用2 段關(guān)閉模式，進(jìn)水球閥采用1 段關(guān)閉模式。一般要求機(jī)組最大轉(zhuǎn)速（含計(jì)算誤差）不大于1.45倍額定轉(zhuǎn)速，蝸殼進(jìn)口中心線處的最大壓力值（含壓力脈動(dòng)和計(jì)算誤差）不大于780mH2O，轉(zhuǎn)輪出口處最大壓力值不超過(guò)165mH2O，轉(zhuǎn)輪出口處最低水壓值不少于12mH2O（絕對(duì)壓力）。導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化是減小水輪機(jī)甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中水錘壓力、解決調(diào)保矛盾的有效措施，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究比較充分，有代表性的關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化方法有試算法、反算法、最優(yōu)化分析及遺傳算法等。
同一高壓輸水系統(tǒng)內(nèi)的多臺(tái)機(jī)同時(shí)甩負(fù)荷試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站極為罕見(jiàn)，多機(jī)同甩試驗(yàn)為一洞多機(jī)布置形式提供了提供安全實(shí)證，并驗(yàn)證和推導(dǎo)了甩負(fù)荷工況，為將來(lái)機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和一洞多機(jī)選型提供實(shí)踐依據(jù)，對(duì)今后工程建設(shè)產(chǎn)生一定影響。
蓄能電站的水頭一般較高， 以往對(duì)其作導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化時(shí)，常會(huì)遇到比常規(guī)水電站更大的矛盾和困難，若按照“最優(yōu)”要求確定關(guān)閉規(guī)律，則導(dǎo)葉行程曲線可能很復(fù)雜或斜率很陡，調(diào)速器難以實(shí)現(xiàn)，而且不同工況差別很大，調(diào)節(jié)規(guī)律不能統(tǒng)一；若取較簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的關(guān)閉規(guī)律，則不能有效降低水錘，為了折中，不少高水頭抽水蓄能電站取關(guān)閉時(shí)間較長(zhǎng)的直線或折線規(guī)律，但這樣可能會(huì)使機(jī)組工作點(diǎn)在反S 區(qū)擺動(dòng)過(guò)久，可逆機(jī)組的特性不同于常規(guī)水輪機(jī)的特性，球閥關(guān)閉對(duì)過(guò)渡過(guò)程也能產(chǎn)生有利影響，以往對(duì)這兩方面的分析和重視的不夠， 從國(guó)內(nèi)已建的幾個(gè)高水頭抽水蓄能電站的運(yùn)行實(shí)踐和過(guò)渡過(guò)程的計(jì)算分看，可以通過(guò)充分利用可逆機(jī)組的特性和合理設(shè)計(jì)球閥關(guān)閉規(guī)律，來(lái)大幅降低水錘壓力。
高水頭可逆式水泵水輪機(jī)在形狀和結(jié)構(gòu)上與水泵相似，轉(zhuǎn)輪扁平，葉片徑向較長(zhǎng)，加之機(jī)組轉(zhuǎn)速通常較高，故轉(zhuǎn)輪上的離心力大，水流經(jīng)過(guò)時(shí)“截止效應(yīng)”明顯，甩負(fù)荷后即使轉(zhuǎn)速上升不大，其離心力的增大也會(huì)使水流難以進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，從而引起流量的顯著下降，該特點(diǎn)表現(xiàn)在流量特性曲線上就是等開(kāi)度線急速向下彎曲，幾乎與n11垂直，甚至向n11減小的方向彎曲而形成反S曲線G 因此，可逆式機(jī)組甩負(fù)荷后，即使導(dǎo)葉不動(dòng)作，流量也會(huì)有明顯下降，從而產(chǎn)生較大水錘壓力，若導(dǎo)葉關(guān)閉較快，將使水錘壓力加劇，故此可逆機(jī)組的導(dǎo)葉關(guān)閉一般比常規(guī)機(jī)組慢些，但如果導(dǎo)葉關(guān)閉太慢，則常常由于反H 特性的影響，流量降為0 后，繼續(xù)下降為負(fù)值（反水泵區(qū)），然后恢復(fù)為正，之后發(fā)生若干周期的波動(dòng)，直到導(dǎo)葉完全關(guān)閉，這種流量波動(dòng)表現(xiàn)在水錘壓力上就是幾個(gè)陡峻的高峰和很深的低谷，這是高水頭可逆機(jī)組水錘壓力變化的一個(gè)特點(diǎn)。
根據(jù)高水頭抽水蓄能電站甩負(fù)荷過(guò)渡過(guò)程中的特點(diǎn)，以及可逆機(jī)組和球閥的不同特性，提出如下導(dǎo)葉和球閥配合的關(guān)閉規(guī)律，導(dǎo)葉采用先很慢后稍快的關(guān)閉規(guī)律，總的關(guān)閉時(shí)間仍取通常范圍內(nèi)的值甩負(fù)荷后，導(dǎo)葉在最大轉(zhuǎn)速和最大水錘壓力發(fā)生前緩慢關(guān)閉或根本不動(dòng)作，之后才以常規(guī)的速率關(guān)閉導(dǎo)葉慢關(guān)或不動(dòng)作的目的是在保證轉(zhuǎn)速不超標(biāo)的前提下盡量減小流量的變化率，從而減小水錘壓力，球閥采用先很快后較慢的關(guān)閉規(guī)律，快關(guān)的速率以不加劇由機(jī)組特性所引起的流量變化率為準(zhǔn)，快速關(guān)閉終點(diǎn)時(shí)刻應(yīng)在流量降到0 的附近，相應(yīng)閥開(kāi)度應(yīng)在使球閥兩端壓差控制在一定范圍內(nèi)的條件下盡量小, 球閥雖然第一段關(guān)閉較快，但由于閥特性，以及快關(guān)段后期流量較小，故閥體兩端的壓力差不會(huì)太大，球閥后一段關(guān)閉較慢，但由于開(kāi)度小，可抑制機(jī)組反S區(qū)的流量振蕩所引起的巨大水錘，這種導(dǎo)葉和球閥配合關(guān)閉的特點(diǎn)是：導(dǎo)葉慢關(guān)以減小水錘壓力,球閥快關(guān)以抑制反S區(qū)的水力振蕩。
如某高水頭抽水蓄能電站裝機(jī)4*300MW，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速500rpm，針對(duì)甩負(fù)荷工況，在上庫(kù)水位760m，下庫(kù)水位205m，單機(jī)引用流量70立方/秒的額定水頭工況下，給定未優(yōu)化的規(guī)律導(dǎo)葉40s直線關(guān)閉，球閥不動(dòng)作；優(yōu)化的關(guān)閉規(guī)律：導(dǎo)葉兩段40s 關(guān)閉，前10s遲滯不動(dòng)，后30s 直線關(guān)秒閉，球閥也是兩段關(guān)閉規(guī)律，前10s 快關(guān)到15%，其后100s 緩慢關(guān)死, 應(yīng)用優(yōu)化和未優(yōu)化兩種導(dǎo)葉和球閥關(guān)閉規(guī)律，計(jì)算三種水頭情況,比較后可看出，導(dǎo)葉和球閥相互配合的規(guī)律優(yōu)化后，有效地抑制了工作點(diǎn)在水輪機(jī)制動(dòng)區(qū)和反水泵區(qū)的擺動(dòng)，消除了水錘壓力的第二個(gè)高峰，同時(shí)由于導(dǎo)葉有一段慢關(guān)，使第一個(gè)峰的數(shù)值也大幅下降，優(yōu)化結(jié)果相對(duì)于未優(yōu)化結(jié)果，閥前最大壓力降低4MPa，轉(zhuǎn)輪出口最小壓力提高1.1MPa，而轉(zhuǎn)速只增大2 rpm。
某高水頭混流可逆式水泵水輪機(jī)優(yōu)化調(diào)保參數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)律，可以利用該調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)是導(dǎo)葉慢關(guān)以減小水錘壓力，球閥快關(guān)以抑制反S區(qū)的水力振蕩/ 實(shí)例計(jì)算證明，這種優(yōu)化的調(diào)節(jié)規(guī)律可大幅降低水錘壓力，明顯抑制水力振蕩，值得在實(shí)際工程中加以應(yīng)用。
