水電站調(diào)節(jié)保證計(jì)算

第五章水電站調(diào)節(jié)保證計(jì)算調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的、任務(wù)（1）調(diào)保計(jì)算目的、任務(wù)在水電站運(yùn)行中，負(fù)荷與機(jī)組出力達(dá)到平衡使機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。但由于各種突發(fā)事故，造成機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，機(jī)組甩掉部分，或者全部負(fù)荷。在甩負(fù)荷時(shí)，由于導(dǎo)葉迅速的關(guān)閉，水輪機(jī)的流量急劇變化，因此在水輪機(jī)過水系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生水擊。調(diào)保計(jì)算就是在電站初步設(shè)計(jì)階段計(jì)算出上述過程中的最大轉(zhuǎn)速上升及最大壓力上升值。另外，調(diào)保計(jì)算的目的是使壓力升高和轉(zhuǎn)速升高不超過允許值，確保電站水機(jī)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。調(diào)節(jié)保證計(jì)算一般應(yīng)對(duì)兩個(gè)工況進(jìn)行，即計(jì)算設(shè)計(jì)水頭和最大水頭甩全負(fù)荷的壓力上升和速率上升，并取其較大者。一般在前者發(fā)生最大速率升高，在后者發(fā)生最大壓力升高。（2）燈泡貫流式機(jī)組過渡過程的特點(diǎn)燈泡水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)過渡過程與常規(guī)機(jī)組相比有一些不同，一般軸流機(jī)組慣性力矩主要取決于發(fā)電機(jī)的飛輪力矩，對(duì)于燈泡機(jī)組來說，由于受燈泡比的限制，發(fā)電機(jī)直徑約為立式機(jī)組的3/5，其慣性力矩僅相當(dāng)于立式機(jī)組的1/10左右，因而，水輪機(jī)慣性和水體附加慣性力矩所占的比重應(yīng)大大增加，而水體附加慣性力矩則隨葉片安放角的增加而增加，所以對(duì)燈泡機(jī)組的過渡過程分析必須考慮其影響。（3）調(diào)保計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)DL/T5186-2004《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范》,水輪機(jī)在機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的最大轉(zhuǎn)速升高率0宜小于60%；導(dǎo)水葉前最大壓力上升率宜為70%?100%。max根據(jù)有關(guān)已建電站試驗(yàn)證明，采用導(dǎo)葉分段關(guān)閉規(guī)律，尾水管的真空度不大于8m水柱。4）已知計(jì)算參數(shù)裝機(jī)容量：4X18.5MW水頭參數(shù)：H=6.8m,Hav=5.82m,H=5.3m,H=1.5mmaxrmin水輪機(jī)參數(shù)：水輪機(jī)型號(hào)：GZ(1102)—WP—730,n二68.2r/min,rQ=398.6m3/s,r尾水管參數(shù)：尾水管進(jìn)口直徑D=d=7.1(m)3尾水管直錐段長度：L=2.0D=2.0x7.3=14.6(m)211尾水管直錐段直徑：D=1.428D=1.428x7.3=10.42(m)41尾水管混合過渡段長度：L=2.7D=2.7x7.3=19.71(m)221尾水管混合過渡段高度：h=1.453D=1.453x7.3=10.61(m)1尾水管混合過渡段寬度：B=2.04D=2.04x7.3=14.892(m)1機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分飛輪力矩(t-m3)：查《燈泡貫流式水電站》P:GD2=GD2 +GD2 +GD2155 發(fā)電機(jī) 水輪機(jī) 水體附加發(fā)電機(jī)飛輪力矩GD2 =KD31發(fā)電機(jī) it式中：K-經(jīng)驗(yàn)系數(shù),查《燈泡貫流式水電站》P,表6-10：126n=68.2r/min，K=4.7?5.1,取K=5。r即: GD2 =KD31=5x7.143x1.02=1856.4(t-m3)發(fā)電機(jī) it取： GD2 =850m3)水輪機(jī)兀GD2 =—丫Lsina(D4-d4)(水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪區(qū)水體)水體8 0 1B式中：Y-水體比重；L-葉片弦片長；0d-輪轂直徑，之前取輪轂比為0.33，即d/D=0.33，故BB1d=0.33x7.3=2.41m：Ba=e+申，9為槳葉角為時(shí)0的葉片安放角；申為槳葉角度兀 兀 ( \即：GD2 =丫Lsinoc(D4-d4)=一xLsinol(7.34—2.414)=1220.5t-m3)水體8 0 1B8 0故：GD故：GD2=GD2 +GD2 +GD2發(fā)電機(jī)水輪機(jī)=3926.9 m3)水體附加設(shè)計(jì)工況下的調(diào)節(jié)保證計(jì)算5.2.1管道特性系數(shù)1、進(jìn)口到導(dǎo)葉段：?。築=13.5(m)1經(jīng)以前的計(jì)算B=（1.7~2.1?。築=13.5(m)111流量：設(shè)計(jì)工況時(shí)流量已計(jì)算，Q=398.7m3/sr取：V流量：設(shè)計(jì)工況時(shí)流量已計(jì)算，Q=398.7m3/sr取：V=r1Q—r (D)冷丿/213.52+兀398.7(7.3[

〔~4丿/2=4.14m/s進(jìn)口到導(dǎo)葉段的長度L=3.82D-0.721D=3.1D=22.63(m)1111工LV=LxV=22.63x4.14=93.688m2/s11112、轉(zhuǎn)輪室：—r (—r (DV=9.526m/s(7.3￥

冗x I2丿前面已經(jīng)計(jì)算出L=(0.65~0.84)D=5.5(m)21工LV=LxV=9.526x5.5=52.39m2/s22223、尾水管：Q r S+S)/2進(jìn)出Q(D￥]Bxh+兀tI/2I2丿I2x398.7(71\2兀 +14.892X10.61I2丿=4.02m/s前面已經(jīng)計(jì)算出L=(4.5?5.0)D=34.5(m)31YLV=34.5x4.02=138.56m2/s33則管道特性系數(shù)：ELV=ELV+ELV+ELV=284.64(m2/s)ii 11 22 335.2.2水擊壓力升高計(jì)算由于本電站采用導(dǎo)葉分段關(guān)閉規(guī)律，關(guān)閉時(shí)間長，且引水管短，故：最大水擊壓力上升率發(fā)生在末相，為末相水擊。對(duì)于該機(jī)組，導(dǎo)葉接力器直線關(guān)閉時(shí)間為T=10~16ss先設(shè)定T'=12s。s工LV284.64b=卄= =0.456HTg5.3x12x9.81g=-（心+4+c）=0456C0.4562+4+0.456）=0.572m2 2E=Kgmaxm查《水輪機(jī)調(diào)節(jié)》P得，對(duì)貫流式水輪機(jī)，取修正系數(shù)K二1.4。238g =1.4g=1.4x0.572=0.8max m則導(dǎo)葉前壓力升高為：匕工LV匕93.688ig= 」g= x0.8=0.2631乙LVmax284.64iiAH=gH=0.263x5.3=1.394（m）11r尾水管最大壓力降低為：工LV13856y= 「E =―.—x0.8=0.389b 乙LVmax284.64ii校核尾水管進(jìn)口處的真空度，以防止水流中斷v2H=H+亠+yHBs 4g brv為尾水管進(jìn)口斷面出現(xiàn)y時(shí)的流速：這里vbbbQrv為尾水管進(jìn)口斷面出現(xiàn)y時(shí)的流速：這里vbbbD= 71j007兀（t）2兀（——）222m/s故H=H+Vb2+yH=-8.73+10.072+0.389x5.3=-4.11（m）故：Bs4gbr 4X9.81由于真空度小于8m，滿足壓力升高要求。5.2.3轉(zhuǎn)速上升計(jì)算

1、機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)T二GDm二3926.9X6&22二2.62(1、機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)T二GDm二3926.9X6&22二2.62(s)a365xP365x19073r2、調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲滯時(shí)間查《貫流式水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)用技術(shù)-設(shè)計(jì)g施工安裝g運(yùn)行檢修(下冊)》P,639得：11T二T+-bT=0.2+-x0.05x2.62二0.266(s)CP2pa2b—永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，一般取2~6%，在這里取5%。p3、水擊修正系數(shù)f二1+b二1+0.456二1.4564、水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速特性曲線系數(shù)12T+T'f 2x0.266+12x1.4561+CS一1=：1+ 一1=1.806Ta2.62相對(duì)轉(zhuǎn)速上升：查《水輪機(jī)調(diào)節(jié)》P;燈泡貫流式水輪機(jī)的單位飛逸轉(zhuǎn)速不247僅取決于導(dǎo)葉開度a，還取決于槳葉轉(zhuǎn)角申；之前已計(jì)算出單位飛逸轉(zhuǎn)速0n=365.04rmin。11p故：n365.04n=11p二en11216.26—1.688由此：C=1+丄

n-1

eJ礦=02761+1.688-1QT+TfC1+一c 匚Ta1+(2X0.266+12“456丿亙_1=0.502<60%2.62由以上計(jì)算可知，在設(shè)計(jì)水頭下甩負(fù)荷時(shí)，壓力升高和轉(zhuǎn)速升高均在允許范圍內(nèi)。最大水頭甩負(fù)荷5.3.1管道特性系數(shù)1、進(jìn)口到導(dǎo)葉段經(jīng)以前的計(jì)算B=(1.7?2.1)D；取:B二13.5(m)111在最大水頭下的流量為:Q=QD2：~=3.25x7.32x.68=451.63(m3s)max 11r1 max取:451.63max (D￥/213.52取:451.63max (D￥/213.52+兀(7.3]2〔才丿——=4.687m/s/2進(jìn)口到導(dǎo)葉段的長度L=3.82D-0.721D=3.1D=22.63(m)1111工LV=LxV=22.63x4.687=106.07m2/s11112、轉(zhuǎn)輪室:—r(D—r(DV=10.79m/s(7.3￥冗x I2丿前面已經(jīng)計(jì)算出L=(0.65~0.84)D=5.5(m)21工LV=LxV=10.79x5.5=59.35m2/s22223、尾水管:m/sQ r Q r S+S)/2

進(jìn)出Bxh+n[D丫]/22x398.7(71\2兀 +14.892x10.61I2丿=4.57前面已經(jīng)計(jì)算出L=(4.5~5.0)D=34.5(m)31YLV=34.5x4.57=157.7m2/s33則管道特性系數(shù):ELV=ELV+ELV+ELV=323.12(m2/s)ii 11 22 335.3.2水擊壓力升高計(jì)算

查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》P，得：213fZ7在最大水頭下，T=T?sHsa0式中：a-最大水頭下帶額定負(fù)荷時(shí)的導(dǎo)葉開度01?。篢=11ssH工LV323.12 …b=i—f—= =0.44HTg6.8x11x9.81maxS=-(g2+4+b)=044\：'0.442+4+0.44丿=0.54722gmax二1.4g二1.4x0.547二gmaxm則導(dǎo)葉前壓力升高為：工LV匕106.07g=ig= x0.77=0.2531乙LVmax323.12iiAH H=0.253x6.8=1.72(m)1 1max尾水管最大壓力降低為：工LV 1577y=jg= x0.77=0.376b乙LVmax323.12ii校核尾水管進(jìn)口處的真空度，以防止水流中斷v2H二H+++yHBs 4g brv為尾水管進(jìn)口斷面出現(xiàn)yv為尾水管進(jìn)口斷面出現(xiàn)y時(shí)的流速：這里bv= ma^= =11.41b/D、 ,7.1、兀(3)2兀( )222m/sv2擠v2擠H=H+亠故：Bs4g+yHbmax11.412一873+吋+0376x6?8一2?855(m)由于真空度小于8m，滿足壓力升高要求。5.3.3轉(zhuǎn)速上升計(jì)算之前已經(jīng)計(jì)算出GD2=3926.9Cm3),

1、機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)T二叫二曲％時(shí)二a365xP365x19073r2、調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲滯時(shí)間查《貫流式水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)用技術(shù)-設(shè)計(jì)g施工安裝g運(yùn)行檢修(下冊)》代佰639得：11T二T+-bT=0.2+-x0.05x2.62二0.266(s)CP2pa2b—永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，一般取2~6%，在這里取5%。p3、水擊修正系數(shù)f二1+b二1+0.44二1.444、水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速特性曲線系數(shù)r-1=1.692“ 1 2x0.266+11x1.44r-1=1.692-1=：1+2.62單位飛逸轉(zhuǎn)速n=365.04rmin