水电站应用

1、工程概况

南山水电站位于泰顺县罗阳镇境内的仙居溪支流南山溪上，电站距泰顺县城约12km.整个工程由水库、发电引水隧洞、压力明管、电站厂房等建筑物组成，设计水头为177.58m，装机容量为2×2500kW，水轮机型号为HLA542—WJ—80，发电机型号为SFW2500—6／1430，工程以发电为单一任务。

电站发电输水隧洞沿南山溪大岗头山脊布置，总长约1.96km，压力明管长270m，由于受地形条件限制，设计中采用不设调压室方案。

2、设置调压阀的原因

由于南山电站工作水头较高，在不设置调压室的情况下，电站在运行中可能会遇到由于各种事故，引起机组突然与系统解列，发生甩负荷的情况。在甩负荷时，由于导叶迅速关闭，水轮机的流量急剧变化，水轮机压力引水系统中会产生水击，此时产生的最大水击压力上升对压力引水系统的强度影响特别强烈，严重的会破坏引水系统，引发事故，因此必须选择其他方式来限制水击压力升高。

通常限制水击压力升高的方法主要有设置调压室、装设调压阀、改变导叶关闭规律（采用导叶二段关闭）等。导叶二段关闭法在低水头电站应用较多。而对于高水头电站，多采用设置调压室来调节水击压力，但调压室建造投资大、工期长，特别容易受地质、地形等条件限制，故对兴建调压室有困难的，且导叶关闭时间Tw≤12s的中小型电站可考虑以调压阀代替调压室。调压阀的作用在于：在机组甩负荷导叶快速关闭的同时相应地打开泄流，从而降低水锤压力的上升，待导叶全关后，再缓慢关闭，使引水系统的流量缓慢变化，防止引水系统水压升高及机组飞车。

3、调压阀选择及应用

3.1调压阀的选择

南山电站导叶关闭时间的设计值T为8s，符合上面提到导叶关闭时间Tw≤12s的要求，且无调压室，经多方计算和比较选择确定，南山电站调压设施采用调压阀作为调压方式，调压阀选择TFW250A／ZD型号。

3.2调压阀在应用过程中的问题及处理方法

TFW250A／ZD型调压阀采用全油压控制，原设计中有1个节流孔用于整定调压阀的关闭时间。由于调压阀是后来增加的项目，调速器厂家和调压阀厂家未能及时沟通，造成节流孔实际并不存在，调压阀关闭时间不能调整，且调压阀全行程不能达到厂家65mm的要求，实际调压阀的行程只有45mm.对于调速器和调压阀的开启关闭时间，设计调保计算的要求为：无水状态下调速器快关（100％～0）和调压阀快开时间（0～100％）为8.5s，调压阀慢关时间（100％～0）为19s；2台机组联甩额定负荷时压力上升率控制在20％以下，转速上升率控制在55％以下。按设计要求，这2台调压阀开启时间和开度都达不到设计要求，实测快开启时间为6s，开度为45mm.经分析，系两者的油缸大小不匹配，调压阀的排油不能全部进入调速器的油缸，致使调压阀排油不尽，从而影响开度。此时如果要求厂家重新制作更换调压阀将会严重拖延发电时间，造成巨大经济损失，所以只能先从技术上在考虑是否可以通过更改调速器主接力器时间来满足与调压阀的协联。

针对以上情况，技术人员重新进行调节保证计算复核调整，并对调速器和调压阀的开启、关闭时间进行整定，整定后的参数为：调速器快关时间为8.30s～8.38s，调压阀慢关时间为24.50s～46.50s.厂家技术人员按这要求对时间参数重新设置后，再次测得台机组主接力器关闭时间和调压阀0～45mm的启、闭时间（见表1），从2台机组的主接力器与调压阀接力器静态协联关系曲线（见图1、图2）可以看出调速器和调压阀协联较好，能够满足要求。

4、对调压阀进行联机测试

在调速器和调压阀协联满足协联要求后，接下来就要进行调压阀实际使用性能测试，测试方法主要是2台机进行甩负荷试验，看调压阀是否能正常工作，且各项数据能否满足设计要求。

测试过程，机组甩负荷试验时机组蜗壳压力表处静水压读数为1.908MPa（194.7m水柱）。1号机单机带额定负荷时导叶开度为62.0％，甩负荷过程中蜗壳压力最大值为2.089MPa，上升率为9.49％，机组最高频率为73.16Hz，上升率为46.32％；2号机单机带额定负荷时导叶开度为61.6％，甩负荷过程中蜗壳压力最大值为2.124MPa，上升率为11.32％，机组最高频率为72.06Hz，上升率为44.12％。从记录结果看，压力上升率都在控制要求的20％以下，转速上升率也控制在55％以下，都满足设计要求。

当1号机甩负荷试验开始，机组导叶快速关闭的同时，调压阀迅速打开，经过6.3s左右导叶全关，此时调压阀的开度为57％，行程为45×57％=25.65mm，随后调压阀缓慢关闭，经过12.7s全关。蜗壳压力最大值出现在3.8s的时候，而机组转速几乎同时也达到最大值。2号机甩负荷过程曲线与1号机相似。

2台机联甩100％额定负荷时（机组电气过速保护动作，其整定值为150％额定转速）机组最高转速77.504Hz，上升率55.01％；蜗壳最高水压2.292MPa，上升率20.13％；甩负荷试验结果基本符合设计调保计算要求。如果调压阀全开的行程能达到65mm，通过调压阀泄掉的流量会更大，蜗壳水压的上升将会更好地得到控制。

5、结论

通过调整后，南山电站调压阀能够进行有效的调节事故状态下的水击压力，运行情况良好。比较调压阀和设置调压室使用效果，虽然调压效果不如调压室理想，但并不影响工程性能，相对调压室的建设来说，调压阀价格仅为调压井造价的1／10，取消庞大的调压井建设，不仅节约三材，还缩短了工期，相信在今后的高水头中小水电站中应该会得到逐步推广使用。