賈 巍，賈 鑫，孫 永

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309；2.河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北 承德068350）

1 情況簡介

潘家口水利樞紐位于距河北省唐山市遷西縣灑河橋鎮(zhèn)約10km處的灤河流域，以供水為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧防洪和旅游等綜合任務(wù)。潘家口水利樞紐工程分兩期施工，一期工程主要包括上水庫大壩、壩后式主廠房、1臺(tái)150MW常規(guī)機(jī)組及220kV高壓開關(guān)站；二期工程包括3臺(tái)90MW抽水蓄能機(jī)組，1座下水庫閘壩，及下水庫2臺(tái)常規(guī)機(jī)組。上水庫大壩由1座混凝土主壩及兩座副壩組成。下水庫樞紐位于距上水庫大壩下游6km處，由下水庫閘壩和河床式電站組成。下水庫河床式電站安裝有2臺(tái)燈泡貫流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，單機(jī)容量5MW。下水庫反調(diào)節(jié)水庫總庫容為3168萬m3，有效庫容1000萬m3，沒有防洪庫容，屬日調(diào)節(jié)水庫。潘家口水庫承擔(dān)向天津等地供水的任務(wù)，根據(jù)每日的放水任務(wù)，上水庫常規(guī)機(jī)組向下水庫放水，由下水庫2臺(tái)常規(guī)機(jī)組向下游放出相應(yīng)的水量，通過這個(gè)過程，可以調(diào)節(jié)下水庫水位，同時(shí)達(dá)到調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)組的水頭參數(shù)的目的。

2 事故經(jīng)過

2018年4月13 日03：00時(shí)左右，上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)令潘家口電廠2臺(tái)機(jī)組抽水。值守人員當(dāng)即執(zhí)行2號(hào)機(jī)組、3號(hào)機(jī)組開機(jī)抽水。當(dāng)時(shí)的水庫水位條件為：上水庫水位223.73m，下水庫水位141.05m，對(duì)應(yīng)機(jī)組水頭為82.68m。

圖1 潘家口電廠上水庫大壩及廠房剖面圖

2號(hào)機(jī)組抽水啟動(dòng)成功，帶負(fù)荷后在-75MW左右階段停留震蕩運(yùn)行了約2min后自動(dòng)越過該負(fù)荷區(qū)，負(fù)荷升至-86MW后平穩(wěn)運(yùn)行；3號(hào)機(jī)組帶負(fù)荷至-73MW后震蕩運(yùn)行約19min，機(jī)組振動(dòng)情況沒有得到明顯改善，值守人員向上級(jí)調(diào)度申請(qǐng)停機(jī)，經(jīng)調(diào)度同意后停機(jī)。3號(hào)機(jī)組運(yùn)行期間，當(dāng)負(fù)荷在-73MW附近震蕩時(shí)機(jī)組各部振動(dòng)數(shù)值較大，蝸殼壓力劇烈波動(dòng)。針對(duì)3號(hào)機(jī)組水導(dǎo)軸承振動(dòng)曲線及蝸殼壓力曲線分析，發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組水導(dǎo)軸承在抽水過程中振動(dòng)值偏大，多次越過400μm的報(bào)警值。如圖2、圖3所示。

圖2 3號(hào)機(jī)組水導(dǎo)軸承振動(dòng)曲線

圖3 3號(hào)機(jī)組蝸殼壓力曲線

3 原因分析

潘家口電廠水泵水輪機(jī)及其輔助設(shè)備為蘇爾壽（現(xiàn)安德里茨）公司生產(chǎn)，水泵水輪機(jī)型號(hào)為HLN80-LJ-553，轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑為5600mm，吸出高度為-9m，導(dǎo)葉全開時(shí)機(jī)械角度為41.6°，工作水頭范圍為85.70～43.00m。該機(jī)組為可變速機(jī)組，在水泵工況時(shí)，根據(jù)水頭高度不同，有2個(gè)額定轉(zhuǎn)速可選，分別為 142.8r/min和125r/min。

經(jīng)過查看事故發(fā)生前后監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)可知，2018年4月13日3號(hào)機(jī)組抽水啟動(dòng)時(shí)，水頭高度約為82.98m，已經(jīng)接近最大水頭；導(dǎo)葉開度為66.75%左右，此時(shí)導(dǎo)葉機(jī)械角度為27.8°。事故發(fā)生前數(shù)日3號(hào)機(jī)組抽水啟動(dòng)時(shí)水頭及導(dǎo)葉角度數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

由水泵水輪機(jī)的水泵工況揚(yáng)程特性曲線可知，水泵水輪機(jī)抽水啟動(dòng)時(shí)，在高揚(yáng)程、小流量范圍內(nèi)有1個(gè)駝峰區(qū)，在駝峰區(qū)內(nèi)運(yùn)行，機(jī)組的水力性能不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)蝸殼壓力波動(dòng)大，機(jī)組振動(dòng)大的情況。由3號(hào)機(jī)組泵工況揚(yáng)程特性曲線可知，此次事故發(fā)生時(shí)，3號(hào)機(jī)組在駝峰區(qū)內(nèi)運(yùn)行，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。3號(hào)機(jī)組泵工況揚(yáng)程特性曲線如圖4所示。

表1 3號(hào)機(jī)組抽水啟動(dòng)水頭及導(dǎo)葉角度統(tǒng)計(jì)

圖4 3號(hào)機(jī)組泵工況揚(yáng)程特性曲線

4 問題處理與預(yù)防

從揚(yáng)程特性曲線圖中可看出，駝峰區(qū)處于高水頭、低流量的情況下，故在水輪機(jī)的設(shè)計(jì)與選型時(shí)，應(yīng)特別注意留取水泵水輪機(jī)最高揚(yáng)程對(duì)應(yīng)的點(diǎn)與駝峰區(qū)開始點(diǎn)之間的安全裕度，其值不應(yīng)小于最大揚(yáng)程的3%。

潘家口電廠所設(shè)置的抽水蓄能機(jī)組在設(shè)計(jì)選型時(shí)，駝峰區(qū)安全裕度選取量不足，導(dǎo)致在水頭接近最高設(shè)計(jì)水頭時(shí)，機(jī)組可能進(jìn)入駝峰區(qū)運(yùn)行，影響機(jī)組水力性能的穩(wěn)定性。在不考慮抽蓄機(jī)組進(jìn)行全方面改造的情況下，應(yīng)調(diào)整調(diào)速器參數(shù)，控制導(dǎo)葉開度，以防止機(jī)組進(jìn)入駝峰區(qū)內(nèi)運(yùn)行。考慮到潘家口電廠所處潘家口水利樞紐兼顧防洪任務(wù)，上水庫水位較高時(shí)，機(jī)組主要承擔(dān)泄洪任務(wù)，高水頭抽水啟動(dòng)的次數(shù)有限，故潘家口電廠暫時(shí)未修改調(diào)速器參數(shù)，而是通過上、下水庫常規(guī)機(jī)組的配合運(yùn)行，提高下水庫水位，以降低機(jī)組的水頭高度，使機(jī)組抽水啟動(dòng)時(shí)避開駝峰區(qū)運(yùn)行，避免了此類事故再次發(fā)生。

5 結(jié)束語

近年來，隨著電網(wǎng)的進(jìn)一步加大，核電、風(fēng)電機(jī)組的容量增多，抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中的重要性也與日俱增。抽水工況是抽水蓄能機(jī)組一個(gè)重要的運(yùn)行工況，機(jī)組抽水啟動(dòng)、運(yùn)行的穩(wěn)定性也引起人們的極大關(guān)注。

本文通過對(duì)潘家口電廠3號(hào)機(jī)組抽水啟動(dòng)時(shí)發(fā)生的一起事故進(jìn)行詳細(xì)的分析研究，找到了事故發(fā)生的原因，并且提出了避免此類事故再次發(fā)生的預(yù)防措施。希望通過本文，能夠引起人們對(duì)駝峰區(qū)安全裕度這一重要參數(shù)的重視，也能夠給存在相似問題的水電廠提供一個(gè)解決問題的思路，根據(jù)理論和實(shí)踐，找出相應(yīng)的規(guī)律，避免機(jī)組進(jìn)入駝峰區(qū)，以保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而發(fā)揮出抽水蓄能機(jī)組在電網(wǎng)中應(yīng)有的作用。