中國儲能網(wǎng)訊：同一高壓輸水系統(tǒng)內(nèi)的三臺機或四臺機同時甩負荷試驗在國內(nèi)抽水蓄能電站極為罕見，北方的抽水蓄能電站一般為一洞兩機布置形式，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)為一洞三機布置，下游尾水系統(tǒng)卻為一管一機布置，1999年同一輸水管內(nèi)的1號、2號機組進行了同時甩300MW負荷試驗，但沒有再進行三臺機同時甩負荷試驗；南方的廣蓄、惠蓄及清蓄上游輸水系統(tǒng)、下游尾水系統(tǒng)均為一洞四機布置形式，惠蓄#5和#6機在2011年進行了雙機甩負荷試驗，但未進行過三機同時甩負荷試驗；國外日本今市一洞三機360MW抽水蓄能電站做過三機同甩試驗，但其輸水管和尾水管無均有調(diào)壓井；目前國內(nèi)清蓄三臺機組和四臺機組均進行過同時甩負荷試驗有重大的意義。
進行多機同時甩負荷試驗的目的主要是檢測三機甩負荷時壓力鋼管和每臺機組蝸殼最大壓力上升值、每臺機組尾水管真空度、每臺機組最高轉(zhuǎn)速上升值及導(dǎo)葉接力器關(guān)閉規(guī)律，評價機組能否滿足調(diào)保計算及設(shè)備生產(chǎn)廠家關(guān)于壓力上升率、轉(zhuǎn)速上升率的設(shè)計要求。如果開關(guān)站只設(shè)置一回500kV出線，在線路跳閘的情況下，所有運行機組將甩負荷停機。通過電站“一洞四機”三機同時甩負荷試驗，檢測試驗測量的主要參數(shù)的數(shù)值是否與計算結(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)？驗證了廠家用于水力過渡過程導(dǎo)葉兩段關(guān)閉規(guī)律是否可行的?各振動擺度及軸承溫度變化趨勢穩(wěn)定，為電站長期安全穩(wěn)定運行提供了試驗依據(jù)。
在各種組合工況過渡過程中：一般活動導(dǎo)葉采用2 段關(guān)閉模式，進水球閥采用1 段關(guān)閉模式。一般要求機組最大轉(zhuǎn)速（含計算誤差）不大于1.45倍額定轉(zhuǎn)速，蝸殼進口中心線處的最大壓力值（含壓力脈動和計算誤差）不大于780mH2O，轉(zhuǎn)輪出口處最大壓力值不超過165mH2O，轉(zhuǎn)輪出口處最低水壓值不少于12mH2O（絕對壓力）。導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化是減小水輪機甩負荷過渡過程中水錘壓力、解決調(diào)保矛盾的有效措施，國內(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)的多臺機同時甩負荷試驗在國內(nèi)抽水蓄能電站極為罕見，多機同甩試驗為一洞多機布置形式提供了提供安全實證，并驗證和推導(dǎo)了甩負荷工況，為將來機組結(jié)構(gòu)設(shè)計和一洞多機選型提供實踐依據(jù)，對今后工程建設(shè)產(chǎn)生一定影響。
蓄能電站的水頭一般較高， 以往對其作導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化時，常會遇到比常規(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)閉時間較長的直線或折線規(guī)律，但這樣可能會使機組工作點在反S 區(qū)擺動過久，可逆機組的特性不同于常規(guī)水輪機的特性，球閥關(guān)閉對過渡過程也能產(chǎn)生有利影響，以往對這兩方面的分析和重視的不夠， 從國內(nèi)已建的幾個高水頭抽水蓄能電站的運行實踐和過渡過程的計算分看，可以通過充分利用可逆機組的特性和合理設(shè)計球閥關(guān)閉規(guī)律，來大幅降低水錘壓力。
高水頭可逆式水泵水輪機在形狀和結(jié)構(gòu)上與水泵相似，轉(zhuǎn)輪扁平，葉片徑向較長，加之機組轉(zhuǎn)速通常較高，故轉(zhuǎn)輪上的離心力大，水流經(jīng)過時“截止效應(yīng)”明顯，甩負荷后即使轉(zhuǎn)速上升不大，其離心力的增大也會使水流難以進入轉(zhuǎn)輪，從而引起流量的顯著下降，該特點表現(xiàn)在流量特性曲線上就是等開度線急速向下彎曲，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，可逆式機組甩負荷后，即使導(dǎo)葉不動作，流量也會有明顯下降，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，故此可逆機組的導(dǎo)葉關(guān)閉一般比常規(guī)機組慢些，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，直到導(dǎo)葉完全關(guān)閉，這種流量波動表現(xiàn)在水錘壓力上就是幾個陡峻的高峰和很深的低谷，這是高水頭可逆機組水錘壓力變化的一個特點。
根據(jù)高水頭抽水蓄能電站甩負荷過渡過程中的特點，以及可逆機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)閉時間仍取通常范圍內(nèi)的值甩負荷后，導(dǎo)葉在最大轉(zhuǎn)速和最大水錘壓力發(fā)生前緩慢關(guān)閉或根本不動作，之后才以常規(guī)的速率關(guān)閉導(dǎo)葉慢關(guān)或不動作的目的是在保證轉(zhuǎn)速不超標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組特性所引起的流量變化率為準，快速關(guān)閉終點時刻應(yīng)在流量降到0 的附近，相應(yīng)閥開度應(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太大，球閥后一段關(guān)閉較慢，但由于開度小，可抑制機組反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4*300MW，機組額定轉(zhuǎn)速500rpm，針對甩負荷工況，在上庫水位760m，下庫水位205m，單機引用流量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，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在水輪機制動區(qū)和反水泵區(qū)的擺動，消除了水錘壓力的第二個高峰，同時由于導(dǎo)葉有一段慢關(guān)，使第一個峰的數(shù)值也大幅下降，優(yōu)化結(jié)果相對于未優(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/ 實例計算證明，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，值得在實際工程中加以應(yīng)用。
