導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水電站過渡過程-影響解析

1、導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水電站過渡過程 - 影響摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)導(dǎo)葉開啟時(shí)間的不同規(guī)定，結(jié)合理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算 實(shí)例，分析了不同的導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水電站過渡過程的影響。實(shí)例研究結(jié)果表 明，大波動(dòng)過渡過程中的蝸殼動(dòng)水壓力、沿管道軸線的壓力分布以及調(diào)壓室阻 抗孔口壓差等參數(shù)均隨導(dǎo)葉開啟時(shí)間變化而變化。通過研究得到如下結(jié)論：國(guó) 際電工技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的增負(fù)荷時(shí)間 3040s是合理的；在并入小網(wǎng)的水 力干擾過渡過程中，需要將運(yùn)行機(jī)組最大初始開度限制在最大臨界開度之內(nèi)， 才能保證運(yùn)行機(jī)組轉(zhuǎn)速收斂于額定轉(zhuǎn)速，以滿足發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要 求。關(guān)鍵詞：過渡過程 導(dǎo)葉開啟時(shí)間 數(shù)值計(jì)算 臨界時(shí)間、尸、 亠前言

2、在水電站運(yùn)行中，從空載增至全負(fù)荷的導(dǎo)葉開啟時(shí)間，國(guó)內(nèi)外規(guī)范有不同 的規(guī)定：文獻(xiàn) 1 中對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求：導(dǎo)葉開度的全行程動(dòng)作時(shí)間應(yīng)符合設(shè)計(jì) 規(guī)范，一般為1040s。國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)IEC（I nternatio nalElectrotechnical Commission） 標(biāo)準(zhǔn)2則規(guī)定開啟時(shí)間為2080s，推薦值 3040s。上述規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)給出的取值范圍雖有重疊部分，但整體范圍并不一致， 而導(dǎo)葉開啟時(shí)間的取值問題一直未進(jìn)行深入的研究。本文將結(jié)合兩機(jī)一洞常規(guī) 水電站和抽水蓄能水電站兩個(gè)代表性實(shí)例，探討不同的導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水電站 過渡過程的影響，尋找恰當(dāng)?shù)拈_啟時(shí)間（直線開啟規(guī)律），以滿足發(fā)電機(jī)和

3、電 網(wǎng)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。1 導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)過渡過程的影響水電站過渡過程涉及到大波動(dòng)、小波動(dòng)和水力干擾過渡過程三個(gè)方面。而 在小波動(dòng)過渡過程中，調(diào)速器將自動(dòng)跟蹤，機(jī)組不受導(dǎo)葉開啟時(shí)間長(zhǎng)短的影 響。因此本文僅討論導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)大波動(dòng)和水力干擾過渡過程的影響。1.1 導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)大波動(dòng)過渡過程的影響在無窮大電網(wǎng)條件下，增負(fù)荷，機(jī)組轉(zhuǎn)速不變，調(diào)速器將不參與調(diào)節(jié)，所 以增負(fù)荷時(shí)間的長(zhǎng)短將只對(duì)機(jī)組兩個(gè)調(diào)保參數(shù)（蝸殼末端動(dòng)水壓力、尾水管進(jìn) 口斷面壓力）、管道沿程的壓力分布、調(diào)壓室涌浪水位及阻抗孔口壓差等產(chǎn)生相應(yīng)的影響。文獻(xiàn) 3 給出了粗略估算水錘壓力的計(jì)算公式：、 、 對(duì)時(shí)間 、 表示管道中水流速度， 為

4、 水輪機(jī)引用流量，上游調(diào)壓室取“”號(hào)，尾水調(diào)壓室取“”號(hào)），可得大小衡量）不僅影響隧洞水流慣性的變化，而且直接影響 調(diào)壓室涌浪水位高低。1.2 導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水力干擾過渡過程的影響在兩機(jī)一洞布置方式下，若一臺(tái)機(jī)組并入有限電網(wǎng)正常運(yùn)行，另一臺(tái)機(jī)組增負(fù) 荷，該動(dòng)作機(jī)組增負(fù)荷時(shí)間的長(zhǎng)短必然對(duì)正常運(yùn)行機(jī)組的調(diào)節(jié)品質(zhì)產(chǎn)生影響。 將水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程：（2） 而（4）上式中， 水輪機(jī)主動(dòng)力矩和出力， 機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)角速度， 水輪 機(jī)引用流量， 時(shí)間。2007-04-29在動(dòng)作機(jī)組導(dǎo)葉開啟過程中，由于水錘作用，水輪機(jī)進(jìn)口斷面壓力下降而 出口斷面壓力上升，從而導(dǎo)致運(yùn)行機(jī)組工作水頭 不變的條件下，為保證運(yùn)行 機(jī)組

5、出力 必須增大，也就是說，運(yùn)行機(jī)組導(dǎo)葉開度將會(huì)隨著動(dòng)作機(jī)組導(dǎo)葉開 啟而加大。導(dǎo)葉開啟時(shí)間越短，水錘作用越顯著，工作水頭降低幅度和引用流 量增加的幅度也越大，因此導(dǎo)葉開度增加的幅度越大。在水力干擾過渡過程 中，如果動(dòng)作機(jī)組導(dǎo)葉開啟太快，而此時(shí)運(yùn)行機(jī)組的開度又接近某一限制開度 時(shí)，調(diào)速器的開度限制機(jī)構(gòu)將發(fā)揮作用，限制導(dǎo)葉開度不超過該限制開度，從 而限制了流量的進(jìn)一步增加。同時(shí)，發(fā)電機(jī)的阻力矩維持不變，于是式（4）不能保持平衡，右邊小于零，運(yùn)行機(jī)組的轉(zhuǎn)速未達(dá)到額定值就開始下降，此后將以小于額定值的某一值為軸作擺動(dòng)。該差值若超過有差調(diào)節(jié)的調(diào)差率，即085 ，則難以滿足電網(wǎng)對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。2實(shí)例

6、本文選取了設(shè)有尾水調(diào)壓室的常規(guī)水電站和設(shè)有上游調(diào)壓室的抽水蓄能水 電站作為計(jì)算實(shí)例，兩者均為兩機(jī)一洞布置方式。為探求增負(fù)荷時(shí)間對(duì)過渡過 程的影響，擬定增負(fù)荷時(shí)間 10100s的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。圖 3 尾水調(diào)壓室涌浪水位控制值2007-04-29圖4 調(diào)壓室底板壓差控制值圖 1圖 4 圖例說明：附近 （ 圖 5） ；且存在某一臨界增負(fù)荷時(shí)間時(shí)壓力極值變化較為顯著， 的變化趨勢(shì)仍然以 30s 為臨界值， 后最低涌浪水位與調(diào)壓室初始 水位保持齊平 （圖 3） 。這是因?yàn)殡S著 的延長(zhǎng)而逐漸降低。調(diào)壓室阻抗孔口的向上向下最大壓差分別以 30s、40s為臨界值（圖4）。總之，以上各控制參數(shù)的臨界值均在 30

7、40s之間，與IEC的推薦值是一致 的。在并入有限電網(wǎng)的水力干擾過渡過程中，運(yùn)行機(jī)組有關(guān)參數(shù)變化過程見圖 8圖 11 。作為示例，圖中僅選取了2007-04-2975r/min，而是收斂于一小于額定轉(zhuǎn)速的數(shù)值（圖 8）：= 98%時(shí)，相對(duì)差值為2.67 %，在8%以內(nèi)。此時(shí)若將電網(wǎng)自調(diào)節(jié)系數(shù) 。另外，隨著開啟時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)行機(jī)組出力變化幅度減小，振蕩周期略有 增加（圖 10）。與并入大網(wǎng)的水力干擾（圖 11）相比，并入小網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組的出 力變化幅度較大而且衰減較慢。圖 7 引水發(fā)電系統(tǒng)沿線壓力曲線簇圖 11 運(yùn)行機(jī)組出力變化曲線圖 10 運(yùn)行機(jī)組出力變化曲線簇 （ 并小網(wǎng) ） 簇（并大網(wǎng)）2.2

8、 抽水蓄能水電站算例該水電站額定水頭195.0m,單機(jī)引用流量185.46mi/s，額定轉(zhuǎn)速2007-04-29250r/min 。大波動(dòng)計(jì)算結(jié)果表明，蝸殼末端的壓力極值變化規(guī)律與前述的常規(guī)水電站一致：蝸殼最大動(dòng)水壓力發(fā)生在導(dǎo)葉開啟初始時(shí)刻，最小動(dòng)水壓力則隨增負(fù)荷時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，極值的發(fā)生時(shí)間均在=97.4 %時(shí)，與額定轉(zhuǎn)速相對(duì)差值為2.28 %;時(shí)，轉(zhuǎn)速相對(duì)差值也有減小的趨勢(shì)。運(yùn)行機(jī)組轉(zhuǎn)速及出力變化規(guī)律與常規(guī)水電站一致，在此不一一贅述。3 結(jié)語結(jié)合理論推導(dǎo)和計(jì)算實(shí)例，探討了導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水電站過渡過程的影響。對(duì)大波動(dòng)而言，主要是蝸殼末 端最小動(dòng)水壓力、上游管道最小壓力沿線分布、下游管道最大壓力沿線分布以及調(diào)壓室阻抗孔口壓差對(duì)導(dǎo) 葉開啟時(shí)間較為敏感，但可以找到某一臨界時(shí)間，使調(diào)保參數(shù)及上述控制值在合理范圍以內(nèi)，同時(shí)也驗(yàn)證 了 IEC推薦的增負(fù)荷時(shí)間3040s是合理的。對(duì)并入小網(wǎng)的水力干擾過渡過程而言，若運(yùn)行機(jī)組初始導(dǎo)葉 開度接近限制開度時(shí)，無論將增負(fù)荷時(shí)間延長(zhǎng)多久都不能使運(yùn)行機(jī)組轉(zhuǎn)速圍繞額定轉(zhuǎn)速波動(dòng)，此時(shí)與額定 轉(zhuǎn)速相對(duì)差值有可能超過有差調(diào)節(jié)最大調(diào)差率的允許值8，會(huì)對(duì)電