探究抽水蓄能电站关键技术

探究抽水蓄能电站关键技术

发表时间：2019-07-31T11:23:57.763Z 来源：《当代电力文化》2019年第06期作者：田均豪[导读] 对施工关键技术进行分析，为抽水蓄能电站施工提供基础性的参考。中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710024摘要：抽水蓄能电站施工存在难度大、技术复杂等独特性，本文对施工关键技术进行分析，为抽水蓄能电站施工提供基础性的参考。

关键词：抽水蓄能、水电站、技术

一、抽水蓄能电站概述

抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，是电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长的储能装置。

二、抽水蓄能电站分类

按电站有无天然径流分纯抽水蓄能电站、混合式抽水蓄能电站；按水库调节性能分日调节抽水蓄能电站、周调节抽水蓄能电站、季调节抽水蓄能电站；按站内安装的抽水蓄能机组类型分四机分置式、三机串联式、二机可逆式；按布置特点分首部式、中部式、尾部式。

三、抽水蓄能电站施工

抽水蓄能电站应有上水库(池)、高压引水系统、主厂房、低压尾水系统和下水库。

1、上下库施工开发

水库的开发方式主要取决于站址的自然条件。可以有以下方式：（1）上、下两库均由人工围建。此种方式是只能建纯抽水蓄能电站。自然条件主要是地形上能建设合适库容和站址距电网的经济距离，水文条件是次要的。上库的调节库容量一般考虑5一l0小时的蓄放水量，而水位变化辐度不超过水轮机工作水头的10一20％。

（2）上库由人工围建，下库利用天然河道、湖泊、海弯或利用已经建成的水库。

（3）人工围建下库，而上库为已建成的水库，即对原有的常规水电站进行改造，成为混合式抽水蓄能电站，建站规模主要由下库的地形和库容来决定。

（4）上、下两库均利用相近的天然河道或湖泊。这种站址比较难选，而且上、下库之间的水位差也不会很大。

（5）在地形比较平坦的场合，只有上水库是露天的，而下水库、电站厂房及管道全部设在地下，也可利用报废的矿井。这种蓄能电站的水头可达1000米以上，可安装大容量、高水头、高效率的水轮机。

2、高压引水系统

抽水蓄电站一般采用高水头以达到高效率低水耗，因此，压力引水管也同样承受高压。高压管道除了进入厂房部份采用大口径压力钢管外，其余部分均采用隧洞或竖井。洞的内部衬砌是影响压力的重要因素，一般情况下采用钢板衬砌。当地质条件较好时可将部份内水压力传递至周围岩石上，以减少钢板用量及工程费用。为增强衬砌刚度，防止压曲，对衬砌钢板再加焊劲环或劲带。为了防止水锤的发生，调压井的设置与常规水电站相同，特别要考虑过渡工况下的负水锤和涌流。如调压井的位置选择困难，亦可采用气垫式调压室，它与常规调压井起到同样的作用。抽水蓄能的水泵需要有正的吸入扬程，因此与常规水电站不同，尾水管道也是有压力的。

3、主厂房

抽水蓄能电站的厂房一般采用地下式。厂房的标高应低于下库最低水位以下30—50米，以保证抽水工况时有一定的吸水扬程，防止气蚀。近年来各种高效施工机械的发展，以及隧洞施工方法的改进，突破了在恶劣地质条件下修建地下洞室的困难，地下厂房最大断面积可达1500m2以上，能满足大型机组的安装和维修。此外，采用地下厂房方案，使许多缺少适宜的地面厂房位置的优良站址得到了修建的可行性。对环境及旅游也是一种保护。

4、抽水蓄能电站的机电设备

机电设备是抽水蓄能电站的核心设备。抽水蓄能电站的电气设备与常规电站基本相同，三相同步发电机兼作三相同步电动机在原理上和技术上都是可行的。蓄能电站使用电机起动频繁，增减负荷速度要求高。如电站水头变化大，应采用双速电机。此外，主机应有专用励磁装置供同步起动，或有专用的同轴起动电动机，或变频起动装置。在主结线方面，如果是可逆机组，则应设有相序转换开关等。

现在抽水蓄能电站的机电设备一般采取即“三机式”和“两机式”，“三机式”是一台水轮机，一台水泵和一台兼作发电机和电动机的三相同步电机。“三机式”因为水泵和水轮机的参数选择与设计可以按各自的运行工况来决定，在发电工况和抽水工况都能保证有最高的效率。 “两机式”机组只有一套水力机械，水泵和水轮机合二为一。这种可逆机组设备尺寸小，投资稍低，特别适宜于地下厂房的安装，只需要较小的洞室，节省土建工程量，且管道阀门亦简化。但机组效率受同一机械的限制，不能两者兼顾，此外机组运行中受多次重复应力的作用，造成一些电器和机械设备问题。

近年来，水力机械已向高水头、高转速、大容量发展。目前国外已开始设计l000一1500米水头的可调式抽水蓄能机组，单机容量达600—700MW。

四、抽水蓄能电站的运行

起动有以下几种方法： 1、水力起动法

适用于“三机式”机组。水泵侧用压缩空气排水或关闭进出口阀门，水轮机则用水力起动，直到同步转速。并网后使水泵接带负荷，水轮机压水充气。这种方法起动时间约需100秒以上，但对电网没有冲击。

2、起动电机起动法

在主机同轴安装一台专供起动用的电动机，该电动机的极数应少于主电机的极数，使其转速能高于主机的同步转速，电动机的功率一般为主机功率的6—8％。起动时间约需5—8分钟。主机正常运行时，起动电机空转。这种起动方法适用于各类机组。起动电动机还可以作制动用。

3、同步起动法

即所谓“背靠背起动”。适用于混合式抽水蓄能电站。起动时，将待起动机组的定子通过起动母线与常规水轮发电机的定子相联结，然后分别加励磁，水轮发电机以同步方式带着起动机组升速，达到同步转速时用准同期方式并网。起动机的容量应大于主机容量的15—

20％，起动时间约需2—4分钟。

五、抽水蓄能电站的调度

抽水蓄能电站的调度是牵涉面很广的工程。调度决定是开机还是停机，是抽水工况还是发电工况，至于机组的负荷—般是固定在额定出力运行，不作调整。因为额定出力运行效率最高。对于一个抽水蓄能电站来说调度的任务是决定同一工况下开机的台数，一个站内不可能出现不同工况同时运行。至于混合式抽水蓄能电站，则调度的任务是分别决定常规水轮发电机开机的台数和抽水蓄能机组发电的台数。

对于抽水蓄能电站调度的依据也是多方面的。如高峰时的功率、高峰持续时间，高峰电量；低谷时的功率、低谷持续时间；基荷向各电厂的分配、系统中的旋转备用量；各抽水蓄能电站上下库的水位；各火电机组的微增煤耗值；系统负荷潮流；峰谷的电价；次日是否节假日或星期日……诸多因素都要考虑。所以，科学、智能化调度是保证经济运行的一个方向和课题。

结束语：

抽水蓄能电站建设施工，从勘察到设计，是个系统工程，每个环节必须严格技术把控，才能降低安全风险，提高施工效率。

参考文献：

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