CN106443278A - 抽水蓄能电站首机首次启动试验方法 - Google Patents

抽水蓄能电站首机首次启动试验方法 Download PDF

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Abstract

一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，包括机组水泵工况试验、机组发电工况试验、工况转换试验和事故停机试验。在机组水泵工况试验中导叶开度为17°；水泵造压达到零流量扬程及达到其输入功率时导叶能以2°/秒的开启速度快速越过0°～5°导叶小开度区，并打开调速器负载限制器至100％，使导叶开到水泵工况的设定开度17°；在工况转换试验和事故停机试验中，遇电源突然断电，导叶关闭规律是在15s内关闭导叶全行程；进水球阀的关闭规律是：第一段关阀从100％满开度关至20％开度，历时24.8s，第二段关阀从20％开度关至0开度，历时37.2s。本发明在提高经济效益的同时，机组整组不易出现故障，机组运行状况好，试验周期短，工效高，延长了使用寿命。

Description

抽水蓄能电站首机首次启动试验方法
技术领域
本发明涉及一种抽水蓄能电站整组启动试验方法，特别是一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法。
背景技术
对于安装单级可逆式水泵水轮机组的抽水蓄能电站，其首机首次起动方式是一个综合的技术经济研究课题。首机首次起动方式从机组的运行方式可分为水轮机工况起动和水泵工况启动两种。在国内已建成的抽水蓄能电站基本均采用水轮机工况起动方式，水泵工况启动方式尚无完整应用的先例。采用水轮机方向首次起动，还是水泵方向首次启动，决定性的因素是上水库在首机首次起动前能否蓄水至足够的水量。这和上水库是否具有天然径流，死库容大小，上水库施工工期安排，机电设备安装调试进度等因素有关，或受其制约。对于上水库无天然径流的抽蓄电站，一般均需采用外设供水设备提前向上水库充水，以满足水轮机方向启动和调试试验所需的最小水量。这对上水库施工工期安排带来较大压力，同时需要耗费施工电量抽水。特别是对于水头较低、库容较大(特别是死库容量大)的抽蓄电站，由于机组流量大，需要的蓄水量多，所需充水周期长，因此水库蓄水往往会成为制约投产工期的关键因素，给工程造成经济上的损失。
首机首次启动方式从机组的运行方式可分为以下两种：方式一，水轮机工况起动：机组起动前上水库已经提前蓄水至满足水轮机工况启动的要求，机组以水轮机工况方向完成首次转动以及调试，然后再进行水泵工况调试试验。根据首次起动前的蓄水量的多少，上述起动方式又分为两种情况：一是初次起动前上水库蓄水量仅仅满足机组完成水轮机方向动平衡以及部分必需的空载调试项目的要求，随即机组进入水泵工况的调试并向上水库抽水，然后交替进行水轮机工况和水泵工况的调试试验；二是首次起动前上水库已蓄有足够的水量，在完成了水轮机工况的所有调试项目后再转入水泵工况的调试。方式二，水泵工况起动：首先通过系统倒送电，利用SFC拖动机组进行首次转动，完成水泵方向的动平衡以及并网、调相等试验；同时利用外加充水泵向引水系统以及上水库充水至满足机组水泵工况异常低扬程起动的水位。然后机组以水泵抽水工况运行向上水库继续充水，至上水库水位满足要求后再进行水轮机工况调试试验。
在国内已建成的抽水蓄能电站基本均采用第一种起动方式，第二种起动方式应用的很少。CN101430358A公开了一种抽水蓄能电站首机首次水泵工况整组启动试验方法，依次包括机组水泵工况试验、机组发电工况空载试验、机组发电工况负荷试验、工况转换试验和事故停机试验，所述机组水泵工况试验包括以下步骤：a、水泵工况空载试验：用静止变频器启动机组，机组在导叶关闭和转轮在空气中的状态下并入电网运行；b、水泵工况抽水试验：抽水工况稳定运行后，绘制水轮机/水泵的综合曲线；c、水泵工况停机试验：机组在额定负荷下运行，模拟机械事故和电气保护动作跳开断路器的事故停机，修正导叶关闭规律，优化过程参数。
以上这些技术对于如何提供一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，做到在提高经济效益的同时，机组整组不易出现故障且试验周期短，并未给出具体的指导方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，采用该启动试验方法在提高经济效益的同时，机组整组不易出现故障，机组运行状况好，试验周期短，工效高，机组使用寿命延长。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，所述的首机首次启动试验方法是采用水泵工况整组启动试验方法，该试验方法依次包括机组水泵工况试验、机组发电工况试验、工况转换试验和事故停机试验，其技术方案在于：在所述机组水泵工况试验中的水泵工况抽水试验中，导叶开度为17°，即首机首次水泵工况整组启动试验的运行参数中导叶开度为17°；水泵造压达到零流量扬程及达到其输入功率时导叶能以2°/秒的开启速度快速越过0°～5°导叶小开度区，并打开调速器负载限制器至100％，使导叶开到水泵工况的设定开度17°；在所述工况转换试验和事故停机试验中，遇电源突然断电，在机组设备正常运行的条件下，关闭导叶和进水球阀，导叶关闭规律是：在15s内关闭导叶全行程；进水球阀的关闭规律是：第一段关阀从100％满开度关至20％开度，历时24.8s，第二段关阀从20％开度关至0开度，球阀全关闭，历时37.2s，两段关闭总时间为62s。
上述技术方案中，所述工况转换试验和事故停机试验中，水泵零流量工况的压力脉动值ΔH/H：当导叶开度在0°～2.5°范围内，其压力脉动值ΔH/H≤10％；当导叶开度在0°～5°范围内，其压力脉动值ΔH/H≤18％；水泵工况最低启动扬程下，导叶与转轮之间的压力脉动值ΔH/H≤8％，尾水管管壁的压力脉动值ΔH/H≤5％。所述机组发电工况试验中，发电电动机上导轴承瓦单侧间隙为0.25～0.28mm，发电电动机下导轴承瓦单侧间隙为0.35～0.38mm。即将发电电动机上导轴承和下导轴承的单边间隙由0.30mm和0.42mm分别减小到0.25～0.28mm及0.35～0.38mm，以利于改善机组动平衡试验状况，机组运行状况好。首机首次水泵工况整组启动试验的运行参数如下：水泵工况上水库(上库)首次最低蓄水位为749.20m；上水库首次最低蓄水位相应的总充水量为4.391万m3(上水库充水由上水库6台施工供水系统的供水泵和厂房内2台上水库充水泵完成充水，上水库6台施工供水泵用于上水库充水的充水流量为260m3/s,相应的电机功率为411kW)；上水库充水泵工作扬程为500m，相应的充水流量为330m3/s，相应的电机功率为650kW；上水库首次上限运行水位与上水库首次最低蓄水位间的总抽水量为181.904万m3，由首机首次水泵抽水工况完成；上水库首次上限/下限运行水位为762.00～757.71m；上水库首次上限运行水位和下限水位相应的库容为182.704万m3和111.856万m3；下水库运行水位为257.50～255.50m；上水库和引水输水系统预计的平均总损失水流量为302.7m3；水泵工况最低启动扬程/首次上限抽水扬程为495.39/509.22m，相应的首次水泵工况抽水流量(总量)为57.2～55.4m3/s，平均抽水流量为56.3m3/s；水泵工况导叶开度为17°，相应的水泵工况输入功率为305～300MW。水轮机工况空载试验运行水头为505.68～500.89m，相应的水轮机工况空载流量为8.05～8.17m3/s,平均空载流量为8.11m3/s，相应的水轮机工况空载导叶开度为6.5°～7°，水轮机工况空载试验时平均用水流量(包括平均总损失水流量)约：8.2m3/s，水轮机工况首次空载试验24h的总调试用水量和上水库及(1#)引水输水系统相应时间的总渗漏水量之和：8.2m3/s×24h×3600s/h＝70.848万m3。上水库首次最低蓄水位749.20m至上水库首次上限运行水位762.00m，需分3天3个时段进行抽水作业完成上水库蓄水，上水库蓄水位上升速率为4.8～4m/d，水泵抽水作业3个时段中的每个时段水泵工况抽水连续运行时间为2.7～3.3h，上水库蓄水位达到首次上限运行水位762.00m后需稳压3天。
经试验，如果首机首次采用水轮机工况起动方式，则利用上水库充水泵和施工供水泵向上水库充水，但需要较长时间才能将上水库充蓄到水轮机工况空载试验所必需的上水库首次上限运行水位及相应的需水量；而首机首次采用水泵工况启动方式，可在3～5天时间内用水泵抽水工况向上水库充水，即能达到水轮机工况首次空载试验所必需的上水库首次上限运行水位及相应的蓄水量。因此，考虑到上水库初期蓄水设计方案，机组整组启动试验计划安排以及并网发电目标工期等实际要求，电站首机首次采用水泵工况起动试验方式是很必要的。对首机首次启动方式进行研究，使绝大多数上水库无天然径流的抽蓄电站能够成功地实现首机水泵工况首次起动，可以合理优化工期，节约蓄水费用，具有可观的经济效益。
以下为首机首次两种工况启动试验方式特性水力参数核算及经济比较。
1.1 水泵抽水工况最低启动扬程和水轮机空载工况最低运行水头方案比较及相关特性水力参数核算。
电站(宝泉电站)首台机组整组启动试验期间下水库蓄水位暂按257.50m估算，届时可根据水情测报的实际下水库蓄水位对最低启动扬程和最低运行水头等特征水力参数进行复核和调整。
1.1.1 水泵抽水工况最低启动扬程方案比较及相关特性水力参数核算：
首机首次水泵抽水工况最低启动扬程方案比较及相关特性水力参数核算见表1.1.1。
表1.1.1 水泵抽水工况最低启动扬程方案比较及相关特性水力参数核算
本表说明：由水泵工况空化特性试验资料查知：水泵抽水工况下允许的最大空化限制流量约为58m3/s，如果超出，则不满足空化特性要求。ALSTOM将采取当电网频率超过50HZ时由调速系统导叶关闭规律自动进行限制的措施，亦即将由调速器自动关小导叶开度，减小抽水流量，以改善空化特性和满足淹没深度的要求。
由表1.1.1看出：
(1)方案1水泵抽水工况效率92.33％较高，导叶与转轮间的压力脉动值在允许范围内；导叶开度18°偏大，抽水流量超过58m3/s，其空化特性和淹没深度不满足要求。如将导叶开度减小到17°，其流量、效率、空化特性和淹没深度见括弧内的数据，则可参与方案比较。
(2)方案2水泵抽水工况效率85.3％偏低，方案3水泵抽水工况效率92.11％为其次，这两个方案导叶与转轮间的压力脉动值，空化特性和淹没深度均满足要求，且淹没深度尚有一定余量，最低启动扬程(如HPmin＝491.7m)及初生空化系数(如σi＝0.227)计算的淹没深度公式：
HS＝9.5-NPSHi＝9.5-σiHPmin (m)
(3)方案1上水库首次最低蓄水位为755.40m，上水库进/出水口防涡梁顶面高程753.50m，其淹没深度达1.9m；方案2上水库首次最低蓄水位为729.50m(即引水输水系统充水高程)，比上水库进/出水口事故检修闸门底槛高程738.40m还低8.9m；方案3上水库首次最低蓄水位为749.20m，比上水库进/出水口防涡梁顶面高程还低4.3m；经查阅机组和输水系统过渡过程复核计算结果得知：在水泵抽水工况下突然断电，机组导叶和进水球阀按设定的关闭规律和关闭时间实施自动正常停机，关机完毕，(1#机组)引水输水系统的水流并未发生倒流，机组也没有发生倒转。
因此，方案1、2、3技术上都是可行的。三个方案需通过经济比较后方可选定推荐方案。
1.1.2 水轮机空载工况最低运行水头方案比较及相关特性水力参数核算。
首机首次水轮机空载工况最低运行水头方案比较及相关特性水力参数核算见表1.1.2(水轮机工况各方案的相关特性水力参数可查取)。
表1.1.2 水轮机工况最低运行水头方案比较及相关特性水力参数核算
空载单位转速和空载流量计算公式：
式中：D1＝1.92m；nr＝500(r/min)。
由ALSTOM提供的最终模型试验报告查得：水轮机工况的最大净水头/相应的流量/相应的效率:567.1m/59.06m3/s/93.42％；额定水头/额定流量/额定效率：510m/67.37m3/s/90.90％；在全部运行水头和输出功率范围内水轮机工况的最高效率；93.68％；最小净水头/相应的流量/相应的效率：487.4m/66.48m3/s/90.81％。并从水轮机工况运行特性曲线查出：机组水轮机工况的最高效率区在H＝580～600m、Q＝50～59m3/s的范围内，相应的效率≥93.5％。由此可见，水轮机工况的高效、稳定运行区在电站高水头段。因此，最低运行水头与最高效率区越靠近，效率提高，运行稳定性较好；反之，效率降低，运动稳定性较差。
由表1.1.2可以看出：(1)方案B比方案A：在导叶开度均为29°相应的流量下，效率分别为90.84％和90.81％基本相当；空载导叶开度小0.5°，宽载流量减小0.3m3/s，可节省水轮机工况启动试验的用水量。(2)方案B与方案A相比：空载单位转速分别为42.93r/min和43.48r/min，前者低0.53r/min，空载工况运行稳定性稍好，但差别不大。
从(宝泉)电站水泵水轮机模型验收报告中“四象限特性圈”上看出，水轮机工况空载启动区域，当n11≥43r/min时导叶开度线γ＝6.5°、9°上各有2个不同的Q11点，这是不稳定的。当n11<43r/min时导叶开度线γ＝6.5°、9°上只有n11与Q11一对一的数值关系，这可能是稳定的，但很接近“S”形特性区已处于临界状态，这可能又是不稳定的。
ALSTOM经过导叶预开启试验和伤真计算认为，机组水轮机工况空载启动区域的“S”形特性接近临界状态，即可能实现同步开启导叶并网成功，也可能空载工况运行不稳定并网有困难。ALSTOM考虑到理论计算与实际的偏差、模型机组与原型机组结构的偏差，已设置预开启导叶方案的控制程序作为备用技术措施，在机组启动试验过程中当各种水头、各种电网频率情况下均能同步开启导叶并网顺利，则不启用该备用措施；只有在同步开启导叶出现并网困难问题时才启用该控制程序。
综上所述，为安全稳妥起见，首机首次水轮机工况启动方式采用方案B；最低运行水头500m，空载导叶开度角7°(导叶相对开度23.3％)，空载流量8.2m3/s。
1.2 首机首次两种工况启动方式上水库及引水输水系统总充水量核算及经济比较
1.2.1 水泵工况启动方式所必需的上水库最低蓄水位及其总充水量核算
电站(1#)机组整组启动试验期间下水库蓄水位预计在257.50～255.50m范围内。首机首次水泵工况启动方式的上水库首次最低蓄水位可按机组整组启动试验期间实测的下水库蓄水位加上水泵工况最低启动扬程后核算。水泵工况启动方式的总充水量是指上水库首次最低蓄水位相应的库容与(1#)引水输水系统在下水库蓄水位257.50m以上的充水容积之和。
预计的平均损失水流量按首机首次启动方式及上水库初次蓄水方案设计报告资料统计得出：上水库库内渗漏水流量12.5m3/h；上水库进/出水口两个的最大渗漏水流量约18.6m3/h，按6月份估算的上水库库盆水面蒸发水流量55.6m3/h。(1#)引水输水系统预计的平均渗漏水流量暂按60L/s估算即得216m3/h。因此，上水库及(1#)引水输水系统预计的平均损失水流量约302.7m3/h，其中(1#)引水输水系统的平均渗漏水流量约216m3/h。
(1)水泵工况启动方式各方案的上水库首次最低蓄水位及总充水量核算结果见表1.2.1。
表1.2.1 水泵工况启动方式上水库首次最低蓄水位及总充水量核算结果
本表说明：充水设备平均输入功率1711kw系按2台上水库充水泵供水流量660m3/h,相应的电机功率1300kw,与上水库施工供水泵供水流量310m3/h中用于上水库充水的供水流量为260m3/h(约占83.9％)所对应的6台电机总功率为490kw×83.9％＝411kw之和得出充水设备平均输入功率1711kw。
(2)水泵工况启动方式各方案的经济比较
由表1.2.1看出，水泵工况启动方式方案1、2、3的上水库首次最低蓄水位分别为755.4m和729.5m；总充水量分别为79.873万m3、3.541万m3和4.391m3；总充水时间分别为64.7天，4天和3.6天，其中方案3比方案1.2分别提前61.1天和0.4天；总充水用电量方案1、2、3分别为221.39万kwh、10.37万kwh和12.17万kwh，其中方案3比方案1可节省209.22万kw.h，比方案2增加1.8万kw.h。
经查阅机组和输水系统过渡过程复核计算结果可知：在水泵抽水工况下如遇突然断电，导叶和进水球阀能按设定的关闭规律和关闭时间实施自动正常停机直至关机完毕。引水输水系统的水流没有发生倒流，机组也未发生倒转。如遇导叶拒动，进水球阀正常关闭，则机组转速发生倒转，但其最大转速上升率不超过30％，持续时间在60s以内。由此可见，水泵抽水工况突然发生断电事故导叶和进水球阀运行也是可控的，安全的。因此，方案3和方案2在上水库进/出水口未具备淹没深度的情况下进行水泵工况抽水运行技术上是可行的。
方案3与方案2比较：方案3上水库首次最低蓄水位以下的总充水量多8500m3，但其总充水时间减少0.4天；总充水用电量将增加1.8万kw.h；最低启动扬程可提高19.7m，相对而言提高水泵工况抽水运行的安全稳定性，为安全稳妥起见，推荐方案3水泵工况与方案B水轮机工况两种启动方式进行经济比较。
1.2.2 水轮机工况启动方式所必需的上水库首次最低蓄水位和上水库首次运动水位及其充水量核算
首机首次水轮机工况启动方式上水库首次最低蓄水位可按机组启动试验期间实测的下水库蓄水位加上水轮机工况最低运行水头和相应的水头损失后核算。上水库首次上限运行水位应能满足水轮机工况首次空载试验所必需(24h)的总调试用水量和上水库及(1#)引水输水系统相应时间内的总损失水量。
(1)水轮机工况首次空载试验24h的总调试用水量核算
此总用水量是按照首次水泵工况启动试验和抽水运行后转入水轮机工况首次空载试验最基本的试验项目及试验时间估算得出。水轮机工况首次空载试验最基本的试验项目及试验时间估计：机组空载试验包括手动开机/停机试验、轴瓦温度稳定试验、调速器空载试验以及机组无励磁自动开机/停机试验约8h；机组动平衡校正试验和机组过速试验约8h；发电电动机升流试验和发电电动机升压试验约8h，共计约24h。
水轮机工况空载试验24h的总用水量为8.2m3/s×3600s/h×24h＝70.848万m3。
(2)上水库及(1#)引水输水系统24h的总损失水量核算
由表1.2.1查得上水库及(1#)引水输水系统的总损失水流量302.7m3/h，上水库及(1#)引水输水系统24h的总损失水量为302.7×24h＝0.726万m3。
上述两项之和24h的总用水量为71.574万m3。
水轮机工况方案B的上水库首次最低蓄水位/上水库首次运行水位及其总充水量核算，结果见表1.2.2。
表1.2.2 水轮机工况启动方式上水库首次最低蓄水位和上水库首次上限运行水位及总充水量核算结果
本表说明：①电站(1#)机组整组启动试验期间的下水库蓄水位预计在257.50～255.50m范围内。
②水轮机工况启动方式的总充水量是指上水库首次上限运行水位相应的库容与(1#)引水输水系统在下水库蓄水位257.50m以上的充水容积之和。
③上水库及(1#)引水输水系统预计的平均损失水流量约302.7m3/h。
④方案B水轮机工况启动方式的总充水量由地下厂房2台上水库充水泵和上水库6台施工供水系统供水泵共同完成，其平均净充水流量为617.3m3/h。
1.2.3 水泵工况启动方式和水轮机工况启动方式的总充水量核算结果及经济评估比较
(1)水泵工况启动方式和水轮机工况启动方式总充水量、总充水用电量核算结果汇总比较
水泵工况启动方式方案3和水轮机工况启动方式方案B具备首机首次启动试验条件的总充水量、总充水时间和总充水用电量核算结果汇总比较见表1.2.3。
表1.2.3 水泵工况启动方式和水轮机工况启动方式总充水量、总充水用电量核算结果汇总比较
由表1.2.3可知，水泵工况启动方式比水轮机工况启动方式，在具备首机首次启动试验条件的总充水量可减少181.904万m3；总充水时间可节省147.3天；总充水用电量可节省504.19万kw.h。
(2)水泵工况启动方式和水轮机工况启动方式经济评估比较
对两种工况启动方式可采用两种经济性分析评估方法进行经济比较，一是按机组调试工期提前的时间折算成提前收入容量电价模式年度运行费的方法；二是按机组调试工期提前的时间折算成减少支付工程贷款利息的方法。
a.按机组调试工期提前折算成提前收入容量电价模式年度运行费的经济比较
由上述得出，水泵工况启动方式比水轮机工况启动方式，其总充水用电量可节省504.19万kw.h；根据现场施工用电的收费标准，按0.55元/kw.h计费，其总充水电费可节省277.3万元。
水泵工况启动方式比水轮机工况启动方式可节省抽水时间147.3天，相当于首机启动试验和30天考核试运行工期提前147.3天完成，即可提前144.73天投入商业运行。现抽水蓄能电站与电力系统签订运行合同，按照容量电价模式核定年度运行费为50746万元(其中包含17％的增值税)，平均每台机组的年度(365天)运行费为12686.5万元。首台机组提前144.1天投入商业运行，可提前收入年度运行费5119.78万元。
电站(宝泉电站)首机首次采用水泵工况启动方式，其节省的抽水/充水总电费和提前收入的年度运行费两项可共增收节支5397.08万元。
b.按机组调试工期提前折算成减少支付工程贷款利息的经济比较
水泵工况启动方式比水轮机工况启动方式，其总充水电费可节省277.3万元。
水泵工况启动方式比水轮机工况启动方式可节省抽水时间147.3天，相当于首机启动试验和30天考核试运行工期提前147.3天完成。据查上水库施工工程(C1标)、上水库沥青防渗施工工程(C2标)和引水输水系统施工工程(C3标)三个工程的合同总标价为53027万元，实际已结算的总费用为67800万元，预计的工程竣工总费用约为75000万元。按照签订工程合同时的年(360天)贷款利率7.0470％计算，提前147.3天可减少支付工程贷款利息为2162.55万元。
电站首机首次采用水泵工况启动方式，其抽水/充水总电费和工程贷款利息两项可共节首2439.85万元。
上述两种工况启动方式的经济性分析比较结果表明：电站首机首次采用水泵工况启动方式机组调试工期上可提前147.3天，经济上可增收节支5397.08/2439.85万元，经济效益显著。
综上所述，电站首机首次采用水泵工况整组启动试验方式在时间上、经济上是十分有利的。故首机首次采用水泵工况启动方式。本发明的水泵工况导叶开度为17°，经试验其运行稳定性更好，在相同的试验情况下，与(背景技术中描述的)已有技术相比，本发明的整组启动试验的运行参数更加合理，在提高了经济效益的同时，机组整组不易出现故障(故障率降低了50％以上)，机组运行状况更好，工作更加可靠，确保了机组的运行质量，延长了机组的使用寿命(使用寿命延长了20％以上)，试验周期缩短了13％以上，工效提高了12％以上。
附图说明
图1为本发明的水泵工况下的导叶和进水球阀开度与关闭时间关系图。
具体实施方式
实施例：一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，所述的首机首次启动试验方法是采用水泵工况整组启动试验方法，该试验方法依次包括机组水泵工况试验、机组发电工况试验、工况转换试验和事故停机试验。
首机首次水泵工况整组启动试验的运行参数(主要特征水力参数)如下：水泵工况上水库(上库)首次最低蓄水位为749.20m；上水库首次最低蓄水位相应的总充水量为4.391万m3(上水库充水由上水库6台施工供水系统的供水泵和厂房内2台上水库充水泵完成充水，上水库6台施工供水泵用于上水库充水的充水流量为260m3/s,相应的电机功率为411kW)；上水库充水泵工作扬程为500m，相应的充水流量为330m3/s，相应的电机功率为650kW；上水库首次上限运行水位与上水库首次最低蓄水位间的总抽水量为181.904万m3，由首机首次水泵抽水工况完成；上水库首次上限/下限运行水位为762.00～757.71m；上水库首次上限运行水位和下限水位相应的库容为182.704万m3和111.856万m3；下水库运行水位为257.50～255.50m；上水库和引水输水系统预计的平均总损失水流量为302.7m3；水泵工况最低启动扬程/首次上限抽水扬程为495.39/509.22m，相应的首次水泵工况抽水流量(总量)为57.2～55.4m3/s,平均抽水流量为56.3m3/s；水泵工况导叶开度为17°，相应的水泵工况输入功率为305～300MW。水轮机工况空载试验运行水头为505.68～500.89m，相应的水轮机工况空载流量为8.05～8.17m3/s,平均空载流量为8.11m3/s，相应的水轮机工况空载导叶开度为6.5°～7°，水轮机工况空载试验时平均用水流量(包括平均总损失水流量)约：8.2m3/s，水轮机工况首次空载试验24h的总调试用水量和上水库及1#引水输水系统相应时间的总渗漏水量之和：8.2m3/s×24h×3600s/h＝70.848万m3。
上水库首次最低蓄水位749.20m至上水库首次上限运行水位762.00m之间的总充水量为181.904万m3，扣除平均总损失水流量后的水泵工况平均抽水流量为56.216m3/s，抽水时间共计8.99h，在满足上水库蓄水位上升速率控制条件下，需分3天3个时段进行抽水作业，上水库蓄水位达到首次上限运行水位762.00m后需稳压3天。首机首次水泵工况分时段抽水作业计划安排见表1。
表1 首机首次水泵工况分时段抽水作业计划安排
从表1看出，上水库首次最低蓄水位749.20m至上水库首次上限运行水位762.00m，需分3天3个时段进行抽水作业(才能)完成上水库蓄水，上水库蓄水位上升速率为4.8～4m/d，水泵抽水作业3个时段(中的每个时段)水泵工况抽水(试验)连续运行时间为2.7～3.3h。从而有利于安排机组轴瓦温度稳定试验，确保了机组的运行质量，延长了机组的使用寿命。
所述机组水泵工况试验包括以下步骤：水泵工况空载试验、水泵工况抽水试验、水泵工况停机试验。在所述机组水泵工况试验中的水泵工况抽水试验中，导叶开度为17°，即首机首次水泵工况整组启动试验的运行参数中导叶开度为17°；(按照开机/关机时间估算)水泵造压达到零流量扬程及达到其输入功率(溅水功率)时导叶能以2°/秒的开启速度快速越过0°～5°导叶小开度区，并打开调速器负载限制器至100％，使导叶开到水泵工况的设定开度17°(满开度)，以避开压力脉动峰值区而使水泵抽水工况迅速进入稳定运行范围。其停机过程也可如此，即水泵工况抽水停机也采取导叶全关闭或可延时并带小负荷跳开GCB断路器的控制方式。
在所述工况转换试验和事故停机试验中，遇电源突然断电，在机组设备正常运行的条件下，按照设定的导叶和进水球阀的关闭规律、关闭时间及关闭程序，同时关闭导叶和进水球阀。水泵工况下的导叶和进水球阀开度与关闭时间关系见图1。水泵工况下的导叶关闭规律是：在15s内关闭导叶全行程，即导叶采用一段直线关闭规律，也就是15s的直线斜率关闭导叶全行程。水泵工况下进水球阀的关闭规律是：第一段关阀从100％满开度关至20％开度，历时24.8s，第二段关阀从20％开度关至0开度，球阀全关闭，历时37.2s，两段关闭总时间为62s。或者说是第一段关阀直线斜率为(31s)从100％满开度关至20％拐点开度，历时24.8s，第二段关阀直线斜率为(186s)从20％拐点开度关至0开度(球阀全关闭)，历时37.2s，两段关闭总时间为62s，详见表2。本发明采用上述技术参数能延长机组的使用寿命。
表2
序号 关阀时间(s) 进水球阀开度(％)
1 0至24.8 100至20
2 24.8至62 20至0
水泵工况的压力脉动特性问题：水泵工况转轮出口水流对导叶的撞击是产生压力脉动的(主要)原因。水泵工况的压力脉动会引发机组产生振动，严重时会影响机组正常运行。如果水泵零流量工况的压力脉动过大，则将影响机组正常开启导叶抽水运行。本发明中导叶内缘直径与转轮高压侧的直径的比值为1.14。在所述工况转换试验和事故停机试验中，水泵零流量工况的压力脉动值ΔH/H(ΔH为混频、峰-峰双振幅值，最终模型试验值)：当导叶开度为2.4°时，所述ΔH/H≤10％；导叶开度为4.9°时，所述ΔH/H≤18％。也就是当导叶开度在0°～2.5°范围内，其压力脉动值ΔH/H≤10％；当导叶开度在0°～5°范围内，其压力脉动值ΔH/H≤18％。(电站)水泵工况最低启动扬程下，导叶与转轮之间的压力脉动值ΔH/H≤8％，尾水管管壁的压力脉动值ΔH/H≤5％。如按上述水泵工况最低启动扬程495.39m计算，则其压力脉动ΔH值为49.54m～89.17m(4.86～8.74bar)。本发明采用上述技术参数能延长机组的使用寿命。
在所述机组发电工况试验中，发电电动机上导轴承瓦单侧间隙为0.25～0.28mm，发电电动机下导轴承瓦单侧间隙为0.35～0.38mm。即将发电电动机上导轴承和下导轴承的单边间隙由0.30mm和0.42mm分别减小到0.25～0.28mm及0.35～0.38mm，以利于改善机组动平衡试验状况，机组运行状况好，延长了机组的使用寿命。
本实施例中水泵工况导叶开度为17°，经试验其运行稳定性更好，在相同的试验情况下，与已有技术(背景技术中描述的专利文献)相比，本发明的整组启动试验的运行参数更加合理，在提高了经济效益的同时，机组整组不易出现故障机组运行状况更好，工作更加可靠，确保了机组的运行质量，延长了机组的使用寿命，使用寿命延长了20％以上，故障率降低了50％以上，试验周期缩短了13％以上，工效提高了12％以上。

Claims (5)

1.一种抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，所述的首机首次启动试验方法是采用水泵工况整组启动试验方法，该试验方法依次包括机组水泵工况试验、机组发电工况试验、工况转换试验和事故停机试验，其特征在于：
在所述机组水泵工况试验中的水泵工况抽水试验中，导叶开度为17°，即首机首次水泵工况整组启动试验的运行参数中导叶开度为17°；水泵造压达到零流量扬程及达到其输入功率时导叶能以2°/秒的开启速度快速越过0°～5°导叶小开度区，并打开调速器负载限制器至100％，使导叶开到水泵工况的设定开度17°；
在所述工况转换试验和事故停机试验中，遇电源突然断电，在机组设备正常运行的条件下，关闭导叶和进水球阀，导叶关闭规律是：在15s内关闭导叶全行程；进水球阀的关闭规律是：第一段关阀从100％满开度关至20％开度，历时24.8s，第二段关阀从20％开度关至0开度，球阀全关闭，历时37.2s，两段关闭总时间为62s。
2.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，其特征在于在所述工况转换试验和事故停机试验中，水泵零流量工况的压力脉动值ΔH/H：当导叶开度在0°～2.5°范围内，其压力脉动值ΔH/H≤10％；当导叶开度在0°～5°范围内，其压力脉动值ΔH/H≤18％；水泵工况最低启动扬程下，导叶与转轮之间的压力脉动值ΔH/H≤8％，尾水管管壁的压力脉动值ΔH/H≤5％。
3.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，其特征在于在所述机组发电工况试验中，发电电动机上导轴承瓦单侧间隙为0.25～0.28mm，发电电动机下导轴承瓦单侧间隙为0.35～0.38mm。
4.根据权利要求1所述的抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，其特征在于水泵工况上水库首次最低蓄水位为749.20m；上水库首次最低蓄水位相应的总充水量为4.391万m3；上水库首次上限运行水位与上水库首次最低蓄水位间的总抽水量为181.904万m3，由首机首次水泵抽水工况完成；上水库首次上限/下限运行水位为762.00～757.71m；上水库首次上限运行水位和下限水位相应的库容为182.704万m3和111.856万m3；下水库运行水位为257.50～255.50m；水泵工况最低启动扬程/首次上限抽水扬程为495.39/509.22m，相应的首次水泵工况抽水流量为57.2～55.4m3/s；水泵工况导叶开度为17°，相应的水泵工况输入功率为305～300MW。
5.根据权利要求4所述的抽水蓄能电站首机首次启动试验方法，其特征在于上水库首次最低蓄水位749.20m至上水库首次上限运行水位762.00m，需分3天3个时段进行抽水作业完成上水库蓄水，上水库蓄水位上升速率为4.8～4m/d，水泵抽水作业3个时段中的每个时段水泵工况抽水连续运行时间为2.7～3.3h，上水库蓄水位达到首次上限运行水位762.00m后需稳压3天。
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