抽水蓄能机组主进水阀与尾水事故闸门的安全联锁控制

刘鹏龙，张 旭，张红方

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636）

抽水蓄能机组主进水阀与尾水事故闸门的安全联锁控制

刘鹏龙，张 旭，张红方

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636）

论述了大型抽水蓄能机组主进水阀与尾水事故闸门的安全联锁控制的设计依据、方法及注意事项等。

抽水蓄能；主进水阀；尾水事故闸门；联锁控制

1 前言

抽水蓄能电站一般由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群、地面开关站等建筑物组成，具有上、下水库落差大，机组转速高，设备分布区域广等特点，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用等任务。主进水阀和尾水事故闸门是抽水蓄能机组重要的机械设备，为了防止尾水事故闸门意外水力破坏，保障电站主设备及地下洞室群安全，根据以下有关规程规范及反措要求，抽水蓄能机组主进水阀与尾水事故闸门之间应有安全联锁控制。

（1）能源行业标准NB/T 35004-2013《水力发电厂自动化设计技术规范》第5.2.8条：在工况转换过程中，进水阀应与尾水事故闸门实现操作闭锁。尾水事故闸门关闭时，进水阀不得开启；进水阀开启时，尾水事故闸门不得关闭。

（2）国家电网公司发布的《水电厂重大反事故措施》第9.4.1.1条：抽水蓄能机组和尾水闸门可自动控制的常规机组，主进水阀与尾闸应有主进水阀全关后尾闸方可关闭，尾闸全开后主进水阀方可开启的闭锁关系。

2 主进水阀和尾水事故闸门简介

2.1 主进水阀

抽水蓄能机组主进水阀是指安装于水泵水轮机蜗壳与引水系统压力管道之间的阀门，主要用于将水泵水轮机与压力管道隔开和在紧急情况下切断压力管道内水流。机组停机状态时主进水阀关闭可减少机组漏水量；机组检修时，关闭主进水阀可靠隔断上游压力水源，保障检修安全；调速器故障失灵、机组段大量漏水等紧急情况下，主进水阀可动水紧急关闭隔断水流，防止事故扩大造成机组飞逸或水淹厂房。主进水阀常见类型有球阀和蝶阀，通常采用液压操作方式，球阀一般用于水头200 m以上的抽水蓄能机组，蝶阀一般用于水头200 m以下的抽水蓄能机组，现在运行中的抽水蓄能机组大多水头较高，球阀较为常见。

2.2 尾水事故闸门

抽水蓄能机组尾水事故闸门是指安装于机组尾水管与尾水隧洞之间闸门，主要用于将水泵水轮机与尾水隧洞隔开和在紧急情况下切断机组下游侧水源。机组在正常运行期间，尾水事故闸门保持全开状态，保证机组流道畅通；机组检修时，关闭尾水事故闸门切断下游侧水源，保障检修安全；机组段发生大量漏水等紧急情况时，可动水紧急关闭隔断下游水源，防止事故扩大或水淹厂房。尾水事故闸门一般采用平板闸门，能够承受下游侧的单向水压，有液压启闭机和固定卷扬式启闭机两种操作方式，现在运行中的抽水蓄能机组尾水事故闸门大多采用液压启闭机操作方式。

3 主进水阀与尾水事故闸门的安全闭锁控制

3.1 主进水阀的开启与关闭

（1）主进水阀开启操作

为防止主进水阀开启导致尾水事故闸门损坏事故，主进水阀开启操作条件中应满足尾水事故闸门全开，且硬布线回路如图1所示，计算机监控系统控制程序和主进水阀现地PLC控制程序中应有与图1类似的安全闭锁条件。

图1 主进水阀开启操作硬布线回路示意图

说明：

1）为提高安全性，宜采用尾水事故闸门全开信号和锁定（或制动器）投入冗余闭锁条件，控制回路电源宜采用220 V直流电源。

2）尾水事故闸门全开信号宜采用开关量信号。

3）尾水事故闸门采用液压操作方式时，使用锁定投入信号；采用卷扬机操作方式时，使用制动器投入信号。

4）主进水阀本体开启其他闭锁条件应至少包含：主进水阀工作密封退出、检修密封退出、液压锁定退出、上下游平压等必要条件。

5）主进水阀开启令包括远方开启令、现地开启令和现地手动开启令。

（2）主进水阀关闭操作

主进水阀关闭操作不受尾水事故闸门状态的制约，即无论尾水事故闸门是何状态，不影响主进水阀关闭操作。

3.2 尾水事故闸门的开启与关闭

（1）尾水事故闸门开启操作

尾水事故闸门开启操作不受主进水阀状态的制约。有些控制设计中把主进水阀全关作为尾水事故闸门开启应满足的的条件之一，其实没有什么实质性的意义。

（2）尾水事故闸门关闭操作

为防止机组上游压力水源损坏尾水事故闸门，尾水事故闸门关闭操作条件中应满足主进水阀全关，硬布线回路如图2所示，计算机监控系统控制程序和尾水事故闸门现地PLC控制程序中应有与图2类似的安全闭锁条件。

图2 尾水事故闸门关闭操作硬布线回路示意图

说明：

1）为提高安全性，宜采用主进水阀全关信号和主进水阀工作密封投入冗余闭锁条件，控制回路电源宜采用220 V直流电源。

2）主进水阀全关信号宜采用开关量信号。

3）尾水事故闸门令包括远方关闭令和现地关闭令。其中远方关闭令包含计算机监控系统控制程序令、水淹厂房紧急落门令、远方紧急硬布线落门令等，现地落门令包括现地自动落门令、现地手动落门令等。

3.3 尾水事故闸门的意外关闭

为防止机组上游压力水源损坏尾水事故闸门，尾水事故闸门意外关闭时应触发紧急关闭主进水阀（硬布线回路示意图如图3所示）和水力机械事故停机。计算机监控系统控制程序和主进水阀现地PLC控制程序中也应有此安全控制逻辑。

采用液压启闭机操作方式的尾水事故闸门，一般设计有自动重提门控制，闸门轻微下滑后，通过重提门控制自动提门至全开位置，当闸门重提门失败，闸门继续下滑至事故位置时，触发紧急关闭主进水阀和水力机械事故停机。

采用固定卷扬式启闭机操作方式的尾水事故闸门，一般没有自动重提门控制，闸门全开信号丢失应触发紧急关闭主进水阀和水力机械事故停机。

图3 主进水阀关闭操作硬布线回路示意图

说明：

1）为提高安全性，宜采用两个尾水事故闸门事故位置作为冗余触发关闭主进水阀条件，控制回路本着“故障导向安全”的原则，设计成串联回路，主进水阀关闭电磁阀失磁时关闭主进水阀；控制回路电源宜采用220V直流电源。

2）尾水事故闸门下滑至事故位置宜采用开关量信号。

3）主进水阀关闭操作其他触发条件应至少包含：机组机械事故停机、机组电气事故停机、水淹厂房保护动作等必要条件。

4）计算机监控系统控制程序和主进水阀现地PLC控制程序中也应有此安全控制逻辑（图中未体现此内容）。

4 结束语

抽水蓄能电站多为地下式厂房，地下洞室群多而复杂，尾水事故闸门损坏危及机组及厂房的安全运行。主进水阀和尾水事故闸门是抽水蓄能机组重要的水力机械设备，在机组正常运行和事故情况下均发挥着重要作用，安全可靠的联锁控制能够防止尾水事故尾闸被上游压力水源意外破坏，提高地下厂房的安全性。

TV734

B

1672-5387（2016）10-0044-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.10.013

2016-04-07

刘鹏龙（1984-），男，高级工程师，从事抽水蓄能自动控制与保护研究工作。