CN2782974Y - 一种防超压抽水蓄能发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型是一种防超压抽水蓄能发电系统，包括发电机组、输水管路系统，其特征在于，它还设有事故自动旁通管路系统，所述的事故自动旁通管路系统的入口端与压力钢管上的主阀门前的输水管路连通，出口端与蜗壳的出口连通，所述的事故自动旁通管路系统由管路和阀门构成。本实用新型在增加了事故自动旁通管路后，事故时能有效地控制输水系统的压力在设计的安全范围以内，可根据实际试验验证设备的安全裕度，保护设备的安全；对新设计电站可靠性论证减少了理论计算的工作量，缩短了安全审批时间。本实用新型的结构简单，防超压效果好。

Description

一种防超压抽水蓄能发电系统
                      技术领域
本实用新型涉及一种抽水蓄能发电机系统，特别是一种防超压抽水蓄能发电系统。
                      背景技术
水力发电机组与火电、核电机组一样都是能量转换设备，是将能量通过一定的形式最终转变为电能，在能量转换的过程中有二个相同的特点：一是遵守能量平衡转换的原则，二是最终的电能产品不可存储。发电机组在生产过程中一方面源源不断地生产出巨大的电能，同时又依靠电网及时输送出相应的电能。此时，一旦电网与发电机解列运行，巨大的连续转换能量被迫强行中断，如果不能及时释放主系统中的能量，因此而产生的很高的压力对主系统设备会造成很大的危害。
目前，随着国内电力工业的发展无论是火电、核电和水电机组，单机都向大容量高参数发展。因而，如何防范和避免大机组甩负荷引起的超压事故的发生是一个十分重要的课题。尤其是抽水蓄能机组因输水系统很长并且几台机组共用一条输水管路，这方面存在的问题更为突出。如世界最大的抽水蓄能电厂广州抽水蓄能电厂，采用一管四机的布置方式，华东天荒坪抽水蓄能电厂设计为一管三机布置方式。两厂每台机组的单机容量均为300MW。
水电站一般建设周期长投资巨大，为节省投资费用在系统设计上往往采用一洞多机模式。特别是输水管路很长且几台机组共用一条输水管路的抽水蓄能机组，在电站甩负荷时能量的冲击力是相同单机容量的火电机组的几倍，一旦构成设备损坏后果是相当严重的。
目前抽水蓄能电厂为防范输水系统的“水力冲击超压”问题通常在设计上采用以下两个措施：
(一)、在输水系统中设计直通大气的调压井。
(二)、跳闸时使导叶分段关闭同时投入导叶不同步装置(Misaligned Guide vanes)。
可以看出抽水蓄能发电机组在防超压保护的设计上是采用“缓冲避让”的方法。这种保护方法虽然避免了能量冲击力的叠加，但是巨大的冲击能量还是被强力限制在输水管路系统中，依靠系统设备固有的坚固性来保护自己。正是因为这个原因很多大型蓄能水电厂投产多年来，基本上都末做过电站与电网间的“N＝N”甩负荷试验(而是做“N-1”或“N-2”甩负荷试验)。在最大水头下的电站与电网间的事故甩负荷安全性评价只停留在理论计算上。这样在电站安全运行方面就存在下面三个问题：
(一)、理论计算与实际情况的偏差能否保证在安全允许的范围以内，安全裕度到底有多大。
(二)、设备的设计强度是一个动态值，任何设备的实际强度随着运行年限的增加而下降，形成设备的薄弱环节而造成隐患。
(三)、实际的效核试验工作不做问题还依然存在，电站运行的安全隐患还存在。尤其是几乎所有电站都不做实际的效核试验，问题就更为严重。
当今世界上美国电网可以讲是非常强大的，但“8.14”美加发生电网崩溃事故说明，再强大的电网也有发生大停电事故的可能。也可以说电站与电网之间的解列事故发生的可能性是存在的。其次我们的输水系统设备并非是非常坚固。从天荒坪和沙河抽水蓄能电站“N-1”甩负荷实际试验的数据来看蜗壳进口压力已经非常接近设计调保计算值。所以研究和改造目前抽水蓄能机组的输水系统的防超压保护问题是一个非常紧迫而又重要的课题。
                      发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种结构简单、防超压效果好的防超压抽水蓄能发电系统。
本实用新型所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本实用新型是一种防超压抽水蓄能发电系统，包括发电机组、输水管路系统，其特点是，它还设有事故自动旁通管路系统，所述的事故自动旁通管路系统的入口端与压力钢管上的主阀门前的输水管路连通，出口端与蜗壳的出口(尾水管路)连通，所述的事故自动旁通管路系统由管路和阀门构成。本实用新型的事故自动旁通管路系统由自动控制系统进行控制。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案进一步实现。以上所述的一种防超压抽水蓄能发电机系统，其特点是，所述的事故自动旁通管路系统的流量为输水管路系统流量的20％-40％。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案进一步实现。以上所述的一种防超压抽水蓄能发电机系统，其特点是，所述的事故自动旁通管路系统的流量为输水管路系统流量的30％。
本实用新型所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案进一步实现。以上所述的一种防超压抽水蓄能发电机系统，其特点是，所述的阀门为3个，1个设在事故自动旁通管路系统的前部，为手动阀门；1个设在其中部，为自动阀门，1个设在其后部，也为手动阀门。本实用新型所设的手动阀门是专用于检修时用。
发明人用天荒坪和沙河抽水蓄能电站的“N-1”台机组模拟甩负荷P、N、Q曲线进行分析，当机组流量下降到额定流量的70％左右时，蜗壳进口压力和机组转速达到最大值，蜗壳的出口压力近似达到最小值(稍有一点延时)。当蜗壳进口压力达到最大值的时间大约在5秒左右。为分析方面发明人将压力曲线P、流量曲线Q、转速曲线N之间的关系用下列函数式表达：
F(P)＝F(Q)         F(N)＝F(Q)         F(P2)＝F(Q)
机组甩负荷后，系统管路的流量(Q)与蜗壳进口压力(P1)、蜗壳出口压力(P2)和机组转速(N)的关系是自变量与变量的关系。可以看出在机组出现系统甩负荷事故时想要降低P1、P2、和N的峰值，根本问题是在P1、P2、N达到的峰值之前(5秒钟左右)要控制Q流量的下降速度，使其不能突然下降到额定值的70％以下。所以，在机组出现系统甩负荷时不应简单地将能量强力限制在输水管路系统中，而是在能量积聚的瞬间保持缓冲避让的方法不变，同时在“水动冲击力”的最高峰值到来之前，采取本发明的事故自动旁通管路短时释放掉一部分能量，即采取缓冲加释放的双重保护方式，这样就能将压力曲线峰尖削平，使最高的压力能控制在设计许可范围以内，就能非常有效地保护了系统设备的安全。一旦出现系统甩负荷时监控系统发出命令，立即打开事故自动旁通管路，最好将流量Q值限制在70％以上。自动阀门的动作开启时间为1-2秒钟，整个事故自动旁通管路系统动作时间不超过10秒。
与现有技术相比，本实用新型在增加了事故自动旁通管路后，事故时能有效地控制输水系统的压力在设计的安全范围以内，可根据实际试验验证设备的安全裕度，保护设备的安全；对新设计电站可靠性论证减少了理论计算的工作量，缩短了安全审批时间。本实用新型的结构简单，防超压效果好。
                      附图说明
附图为本实用新型的一种结构示意图。
                    具体实施方式
下面参照附图，进一步描述本实用新型的具体技术实施方案。
实施例1。参照附图，一种防超压抽水蓄能发电系统，包括发电机组、输水管路系统，它还设有事故自动旁通管路系统6，所述的事故自动旁通管路系统6的入口端与压力钢管2上的主阀门1前的输水管路连通，出口端与蜗壳3的出口连通，所述的事故自动旁通管路系统6由管路8和阀门5构成。
实施例2。在实施例1中，所述的事故自动旁通管路系统6的流量为输水管路系统流量的30％。
实施例3。参照附图，一种防超压抽水蓄能发电系统，包括发电机组、输水管路系统，它还设有事故自动旁通管路系统6，所述的事故自动旁通管路系统6的入口端与压力钢管2上的主阀门1前的输水管路连通，出口端与蜗壳3的出口连通，所述的事故自动旁通管路系统6由管路8和阀门5构成，所述的事故自动旁通管路系统6的流量为输水管路系统流量的20％，所述的阀门为3个，1个设在事故自动旁通管路系统6的前部，为手动阀门7；1个设在其中部，为自动阀门5，1个设在其后部，也为手动阀门4。
实施例4。参照附图，一种防超压抽水蓄能发电系统，包括发电机组、输水管路系统，它还设有事故自动旁通管路系统6，所述的事故自动旁通管路系统6的入口端与压力钢管2上的主阀门1前的输水管路连通，出口端与蜗壳3的出口(尾水管路)连通，所述的事故自动旁通管路系统6由管路8和阀门5构成，所述的事故自动旁通管路系统6的流量为输水管路系统流量的40％，所述的阀门为3个，1个设在事故自动旁通管路系统6的前部，为手动阀门7；1个设在其中部，为自动阀门5，1个设在其后部，也为手动阀门4。

Claims (4)

1、一种防超压抽水蓄能发电系统，包括发电机组、输水管路系统，其特征在于，它还设有事故自动旁通管路系统(6)，所述的事故自动旁通管路系统(6)的入口端与压力钢管(2)上的主阀门(1)前的输水管路连通，出口端与蜗壳(3)的出口连通，所述的事故自动旁通管路系统(6)由管路(8)和阀门(5)构成。
2、根据权利要求1所述的一种防超压抽水蓄能发电机系统，其特征在于，所述的事故自动旁通管路系统(6)的流量为输水管路系统流量的20％-40％。
3、根据权利要求2所述的一种防超压抽水蓄能发电机系统，其特征在于，所述的事故自动旁通管路系统(6)的流量为输水管路系统流量的30％。
4、根据权利要求1所述的一种防超压抽水蓄能发电机系统，其特征在于，所述的阀门为3个，1个设在事故自动旁通管路系统(6)的前部，为手动阀门(7)；1个设在其中部，为自动阀门(5)，1个设在其后部，也为手动阀门(4)。
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