抽水蓄能电站水力自激振动保护设计策略研究与应用关键研究

抽水蓄能电站水力自激振动保护设计策略研究与应用关键研究

巩颖攀 白鹏 马金才 王长辉 顾文海

国网新源控股有限公司检修分公司 吉林分部 132011 摘要： 在抽水蓄能电站运行过程中， 自激振动 会对机组的正常运行产生极大影响。为了确保电站能够稳定运行，需要对 自激振动 保护进行系统进行科学设计 。 在具体的研究过程中，需要研究蓄能电站水力自激振动保护的相关问题，同时要从设置监测信号 、 应急处置按钮 出发，提出自激振动保护设计原则 ，保证抽水蓄能电站水力 自激振动 保护设计策略的有效性。

关键词：抽水蓄能电站；自激振动保护；设计要点

1. 蓄能电站水力自激振动保护设计概述

在对蓄能电站水力自激振动保护进行设计的过程中，必须对自激振动产生的具体原因和实际情况进行全面分析。要对影响蓄能电站水力自激振动各种要素进行全面监测，并对产生的自激振动现象进行科学分析，才能够采取有效的措施进行科学设计，确保蓄能电站水力设备的安全性以及稳定性。目前，在蓄能电站水力自激振动保护设计过程中，需要从以下要素出发：第一，球阀水平方向位移。一旦发生自激振动，球阀本体和压力钢管相连的管路会出现明显的晃动和异常声音。第二，球阀前压力钢管压力，在发生自激振动时，球阀前压力钢管压力的振幅会出现增大趋势，并且波动为周期性，最大能够达到两倍净水压力。第三，球阀工作密封在投入腔压力时，工作密封块磨损或者投入腔压力比较低会导致工作密封投入不严实，或者出现反复投退的问题，从而引发自激振动。第四，在球阀运行过程中密封投退腔压差出现串压情况显示也可能会引发自激振动问题^[1]。

2. 水力自激振动保护设计策略与应用

1. 设置监测信号

在抽水蓄能电站水力自激振动保护设计过程中，设置监测信号时，需要根据具体的自激振动原因保证监测信号设计的科学性和合理性。第一，针对球阀在水平方向位移产生的自激振动，需要设置球阀本体位移监测装置，并将位移量按照模拟量接入到监控系统内，对球阀本体X轴和Y轴方向的具体位移量进行实时监测。在该环节设计过程中，传感器精度等级要保持在0.5%以上。例如在某地区电站监测信号设置过程中，球阀位移传感器底座需要焊接到球阀X轴和Y轴底座的平台上，并对传感器探头出水位置进行定义。第二，对球阀前压力钢管压力产生的自激振动现象进行监测时，球阀上有压力钢管延伸段需要设置的精确度等级在0.5%以上的压力变送器。变送器的最大量量程必须比机组进水阀设计压力的两倍更大。压力信号可以以模拟量方式接入到监控系统内，对压力钢管压力值进行实时监测。压力变送器的信号源主要是以钢压力钢管测压总管为主的，测压总管与球阀上有压力管延伸段的断面上可以布置多个压力测点，确保这些测点连通，压力变送器与测压总管要设置在方便维护以及巡检的区域。在后期运行过程中测压总管上还要通过排气和排水装置进行操作，测压支管上可以设置隔离球阀^[2]。第三，对球阀工作密封投入腔压力产生的自激振动现象进行监测时，需要在球阀工作密封投入腔设置精确度等级在0.5%以上的压力变送器，以模拟量的方式进入监控系统，对工作密封投入腔压力进行实时监测。并且在圆周方向要均匀设置球阀工作密封位置检测开关，一般情况下检测开关的数量在三个以上，以开关量接入到监控系统对球阀密封位置进行全面监测。在工作密封备用水源设置时，需要保证工作密封操作的可靠性。第四，对球阀工作密封投退腔压差产生的自激振动进行监测时，要在球阀工作密封退出腔设置压力变送器，对球阀工作密封投入、退出腔的压力与压力差进行全面监测。要将压力差以模拟量的形式接入到监控系统，对球阀工作密封投入、退出强压力值以及两者之间的差值进行实时监测，并开展相互校验工作。需要在球阀系统监控画面中增加自激振动保护画面检测，将球阀工作密封投压力差、压力工作密封位置以及压力钢管压力、球阀本体位移监测等测量信号集中在自激振动保护画面中进行统一监测，可以根据具体的监测情况，充分发挥自激振动保护系统的应用优势。

2. 设置应急处置按钮

通过监测器监测到自激振动现象后，要增加手动应急处置按钮对自激振动现象进行科学处理，一般要在自激振动保护画面中设置投退工作密封开关、球阀旁通阀开关、球阀控制按钮等功能键。并且要在每一台球阀现地电气控制柜上配置具有相同功能的手动应急处置按钮。需要根据电站运行过程中自激振动的具体情况完善应急处置按钮的设置工作。

3. 自激振动保护设计原则

为了确保自激振动保护设计策略的有效性，在具体的设计过程中，还需要遵循以下设计原则：第一，饮水管道出现自激振动情况时，需要以压力钢管压力球阀工作密封过水声音、监控报警信息等为基础，对发生自激振动的具体机组进行科学判断。第二，在调相工况时发生自激振动，需要立即将相应的情况上报到相关部门申请停机。第三，对自激振动现象进行处理时，可以开球阀旁通阀、退球阀工作密封、投球阀检修密封、开球阀等不同措施，可以根据具体的自激振动情况采取单项措施或者多项措施。如果不能确定发生自激振动的具体机组，可以对同一流道的球阀进行逐一操作。第四，一旦自激振动保护系统发生动作，需要对球阀旁通阀开启情况和工作密封退出情况进行观察，确认自激振动现象已经被削弱或一直到消除为止。必要情况下需要利用应急处置按钮快速消除自激振动。第五，在完成自激振动处置工作后，需要对相应的机组进行全面检查，主要是对球阀本体以及连接管路液压操作、管路上空闸门、上游压力管、钢管连接管路以及阀体紧固件等进行检查

^[3]。

3. 结语

总而言之，在抽水蓄能电站水力自激振动保护设计过程中，需要对设备选型进行科学优化，并且要对相应的安装质量进行科学管理，保证自激振动保护措施的有效性。虽然并不能从根本上消除自激振动，但是能够从自激振动的产生现象和发生的具体原因出发，采取科学合理的措施尽可能避免自激振动，可以降低自激振动发生后对电站机组运行产生的负面影响，保证设备的安全性。在日常工作中需要加强自激振动的监测和管理工作，重视相关设备的维护。在此次研究过程中设置的保护措施相对较多，不同电站可以根据自身设备的具体运行情况对不同措施进行科学选择。一般情况下，在消除自激振动现象时，可以对不同措施进行灵活应用，同时电站运营和维护工作人员需要加强日常检查工作，以便及时发现自激振动现象并快速消除，确保电站设备的安全运行。

参考文献：

[1]曹永闯、赵颖、宗怀远、高鑫、徐志壮.抽水蓄能电站水力自激振动保护设计策略研究与应用[J].水电站机电技术，2020,43(8):3.

[2]郑仕任.抽水蓄能电站水力自激振动及预控处置[J].福建水力发电，2020(1):3.

[3]于辉,郑凯,周建中,等.一种抽水蓄能电站主进水阀自激振动敏感性分析方法:,CN110147572A[P].2019.