科学与技术2023年10期

海南琼中抽水蓄能电站尾水事故闸门液压系统改造

郭耀飞，陈玮彤，曹磊，王冠，王佳，刘浩霖

（海南蓄能发电有限公司，海南 海口 570100）

摘要：基于海南琼中抽水蓄能电站球阀关闭时，尾水事故闸门无法下落以及下落超时故障，液压闭锁功能失效的问题，分析其原因并进行相应的改造。确保液压闭锁功能正常，提高机组运行的可靠性，保障了机组的成功调试，对其他抽水蓄能电站具有一定的理论和实践指导意义。

关键词：尾水事故闸门；液压闭锁；系统改造；地下厂房

1 引言

海南琼中抽水蓄能电站（以下称海蓄电站）安装3台可逆式水泵水轮发电机组，单机容量200MW。由于抽水蓄能电站布置上的特殊性，机组安装高程很低，吸出高度负值较大，其尾水位远远高于地下厂房，因此机组下游侧设置尾水事故闸门（以下称尾闸）[1]。机组每条尾水支管设置1道尾水事故闸门，共3孔3扇，其主要功能有：一是在紧急情况下尾闸下落以切断下游来水，防止下库水流淹没厂房；二是检修时关闭尾闸来隔离下游水道。海蓄电站尾闸为平板式闸门，属于低压闸门，无法承受来自上游水库的高水头[2]。尾闸开启和关闭采用油压操作、油压控制，为了防止球阀开启时尾闸误关闭造成事故，在尾闸液压控制系统上设置了球阀闭锁尾闸管路[3]。海蓄电站尾闸系统在机组调试期间发生过球阀在关闭状态时，尾闸无法正常下落以及下落超时的故障。液压闭锁功能失效，导致在紧急情况下尾闸无法快速闭门切断来水，防止下库水流淹没厂房，降低机组运行的安全性和可靠性。

2 尾闸液压系统

海蓄电站尾闸液压系统由供油系统、控制系统和操作系统三部分组成，用于控制尾闸开启和关闭。尾闸液压系统简易流程图，如图1所示，供油系统储存压力油并为控制系统和操作系统提供压力油，由集油箱、油泵、储能罐等组成；控制系统控制尾闸的开启和关闭及锁定挂钩的投退，由尾闸控制电磁阀、插装阀、挂钩位置引导阀和挂钩锁定引导阀等组成；操作系统直接操作闸门启闭和挂钩投退，由主接力器和挂钩接力器组成。

开启尾闸：油泵启动，尾闸控制电磁阀励磁上侧导通，压力油通过挂钩位置引导阀下侧进入插装阀上腔，使得插装阀下腔不导通；另一路压力油进入主接力器有杆腔，闸门提起，闸门提升到全开位时，挂钩锁定引导阀滚轮被压实，下侧导通，压力油通过挂钩锁定引导阀进入挂钩接力器无杆腔，挂钩锁定投入，油泵继续打压，当控制系统管路内压力达12Mpa时，主用泵停止打压，控制系统管路内压力靠蓄能罐保持。当蓄能罐的压力下降至8Mpa时，油泵启动打压。

关闭尾闸：尾闸控制电磁阀失磁下侧导通，挂钩接力器无杆腔压力油依次通过挂钩锁定引导阀和球阀闭锁尾闸引导阀泄压，挂钩锁定退出，挂钩位置引导阀下侧导通，插装阀上腔失压，主接力器下腔油通过插装阀下腔排到主接力器无杆腔，尾闸在自重作用下开始下落，而主接力器无杆腔会随着尾闸下落形成真空，油箱内油通过逆止阀向主接力器无杆腔补油直至尾闸到达全关位置。

图1 海蓄电站尾闸液压系统简易流程图

3 液压闭锁功能失效原因分析

由于尾闸在设计上无法承受上库水压，尾闸的操作只能在球阀关闭状态下进行，因此尾闸与球阀之间设置了液压闭锁和电气闭锁双重相互闭锁装置[4]，即球阀关闭时，尾闸才能进行关闭操作；尾闸全开时，球阀再能进行开启操作。

在此情况下，检查发现尾闸控制电磁阀与球阀闭锁尾闸引导阀的闭锁管路脱开后，尾闸开启和关闭正常，检测插装阀上腔的压力为零；闭锁管路连接后重试，尾闸无法下落关闭，此时插装阀上腔的存在5Mpa的背压，检测尾闸控制电磁阀出口的压力也为5Mpa，二十分钟后，在球阀闭锁尾闸引导阀进口压力为2Mpa，出口压力为1.5Mpa，滚轮换向阀前后出现0.5Mpa的压阻。二十分钟后，再次检测尾闸控制电磁阀出口的压力为2Mpa，与球阀闭锁尾闸引导阀进口压力一致。由此可以得出结论：在球阀关闭状态时，球阀闭锁尾闸的管路产生2Mpa的压阻，导致插装阀上腔的压力过高，插装阀下腔无法打开，尾闸无法正常下落。

为了进一步证明上述结论，对其他抽水蓄能电站项目进行调研，经过对比结构相近的清远抽水蓄能电站液压闭锁装置，存在以下几个方面的差别：

通过上表的对比，基于现有的故障表象，基本可以确定琼中抽水蓄能电站球阀闭锁尾闸管路存在2Mpa的压阻，是导致插装阀上腔无法快速泄压打开，尾闸无法正常下落的主要原因。

4 改造方案及改造后的效果

虽然尾闸控制电磁阀出口的压力随着时间的推移，会逐渐降低，尾闸可以下落，但它满足不了出现水淹厂房事故时，尾水事故闸门快速闭门的功能要求。为了保证尾水事故闸门快速闭门的同时，又能保证液压闭锁功能的实现，将原来通过球阀闭锁尾闸引导阀一路回油改成二路回油。其中一回路用于实现球阀液压闭锁尾闸功能；另一回路用于实现尾闸快速闭门的功能。改造后的尾闸液压系统图如图2所示：

图2 改造后海蓄电站尾闸液压系统简易流程图

鉴于现有工况仍能实现球阀与尾闸挂钩锁定投退的液压闭锁功能，因此保留挂钩接力器无杆腔通过球阀闭锁尾闸引导阀回油管路，实现球阀只有在全关状态时，尾闸挂钩接力器才能退出，挂钩位置引导阀导通，插装阀才能泄压，进而关闭尾闸，最终实现球阀液压闭锁尾闸的功能。

为了使插装阀上腔快速泄压，实现尾闸快速闭门的功能，增加尾闸控制电磁阀2对插装阀上腔供排油进行控制，进而控制尾闸快速启闭。尾闸关闭时，尾闸控制电磁阀2励磁，上侧导通，挂钩接力器退出后，插装阀上腔压力油依次通过挂钩位置引导阀和尾闸控制电磁阀2排回集油箱进行泄压，主接力器油杆腔的油通过插装阀下腔排到无杆腔，保证尾水事故闸门快速闭门。

5 总结

抽水蓄能电站，尾闸室与球阀安装位置相距较远，闭锁管路布置弯曲且存在一定的高度差，进而使管路回油时回存在压阻，进而影响尾闸关闭的时效性与快速性。海蓄电站尾水事故闸门液压系统改造，既解决了球阀闭锁尾闸管路回油压阻大的问题，也保证了球阀闭锁尾闸的功能，提高了海蓄电站尾水事故闸门运行的可靠性，保障了机组的成功调试，保证了机组的稳定启停和故障迅速切除。对其他抽水蓄能电站在安装调试时，存在类似的问题具有一定的理论和实践指导意义。

参考文献：

[1] 陶云冬. 清远抽水蓄能电站尾水事故闸门设计特点[J].吉林水利,2016(7):16-18.

[2] 黄家建,俞家良,万波,杨昭.抽水蓄能电站尾水事故闸门控制逻辑优化[J].机电信息,2019(03):39+41.DOI:10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2019.03.023.

[3] 周正勇.浅析高水头大容量蓄能机组主阀尾闸闭锁控制[J].水电站机电技术,2020,43(03):54-56.DOI:10.13599/j.cnki.11-5130.2020.03.017.

[4] 王乐,杨伟坡,邹明德. 抽水蓄能电站球阀与尾闸间液压闭锁回路设计浅析[C]//.抽水蓄能电站工程建设文集2021.,2021:278-281.DOI:10.26914/c.cnkihy.2021.038131.

作者简介：

郭耀飞（1994），男，汉族，海南儋州人，工程硕士，从事抽水蓄能电厂机械检修（Tel）18689753252（e-mail）527634525@qq.com；

陈玮彤（1993），男，汉族，海南东方人，助理工程师，主要从事抽水蓄能电站设备安装调试及检修维护工作。（Tel）18808919821（e-mail）chenweitong9821@dingtalk.com；