抽水蓄能電站水力過渡過程計(jì)算分析導(dǎo)則-編制說明

基本規(guī)定4.1抽水蓄能電站水力過渡過程直接關(guān)系關(guān)系著電站的安全與投資，故計(jì)算應(yīng)遵循確保安全、經(jīng)濟(jì)合理的原則。4.2在預(yù)可行性研究階段，輸水系統(tǒng)及機(jī)組特性均沒有最終確定，此階段只提出初步設(shè)計(jì)成果。4.3在可行性研究階段，一方面輸水系統(tǒng)布置及各個(gè)建筑物體型、尺寸等需比選、優(yōu)化后確定，另一方面，根據(jù)確定的輸水系統(tǒng)布置，提出調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值的要求，作為下階段招標(biāo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。4.4對(duì)于蓄能電站，機(jī)組特性對(duì)過渡過程計(jì)算影響十分敏感，故在招標(biāo)與施工詳圖階段獲得機(jī)組特性后，應(yīng)進(jìn)行過渡過程復(fù)核計(jì)算，必要時(shí)可根據(jù)復(fù)核結(jié)果對(duì)輸水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行局部修改。4.5在電站建設(shè)調(diào)試階段，需進(jìn)行單機(jī)甩負(fù)荷及同一水力單元的多機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)，為控制風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)在同一試驗(yàn)條件下，對(duì)過渡過程試驗(yàn)結(jié)果與水力過渡過程計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合對(duì)比分析預(yù)測(cè)單機(jī)甩全負(fù)荷或同一水力單元多機(jī)甩全負(fù)荷結(jié)果，以確保電站安全。4.6輸水發(fā)電系統(tǒng)管徑、長(zhǎng)度、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、機(jī)組特性等為影響過渡過程結(jié)果有重要因素，故當(dāng)有變化時(shí)，應(yīng)對(duì)水力過渡過程計(jì)算成果進(jìn)行復(fù)核。4.7一般情況下，進(jìn)水閥只作為截?cái)嗨鞯陌踩O(shè)施，如參與過渡過程調(diào)節(jié)，其關(guān)閉速度大幅減小，進(jìn)水閥將產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，不利于電站的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。5 計(jì)算控制值及第8節(jié)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值的選取2013年10月，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院以“水電規(guī)機(jī)電[2013]12號(hào)”文“關(guān)于印發(fā)水電站輸水發(fā)電系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)專題報(bào)告編制暫行規(guī)定（試行）的通知”，提出調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)的參數(shù)分為水力過渡過程計(jì)算控制值、水力過渡過程計(jì)算值、調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值等。其中水力過渡過程計(jì)算控制值是以現(xiàn)行規(guī)范推薦值為基礎(chǔ)、結(jié)合工程實(shí)際與經(jīng)驗(yàn)確定的水力過渡過程計(jì)算時(shí)的限制性參數(shù)值；水力過渡過程計(jì)算值是針對(duì)選定工況進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算得出的成果值；調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值是對(duì)水力過渡過程計(jì)算值進(jìn)行修正后確定的設(shè)計(jì)成果。修正值包括計(jì)算誤差及壓力脈動(dòng)裕量?jī)刹糠郑渲杏?jì)算誤差主要考慮計(jì)算模型與輸水發(fā)電系統(tǒng)存在一定偏差，如機(jī)組特性、輸水系統(tǒng)特性等；而壓力脈動(dòng)目前尚無精確的計(jì)算模型，在過渡過程計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算時(shí)無法計(jì)算。（1）蝸殼進(jìn)口最大壓力升高率（計(jì)算控制值、調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值）在DL/T5186中，對(duì)常規(guī)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)的蝸殼最大壓力升高保證值規(guī)定如下：額定水頭小于20m時(shí)，宜為70％～100％；額定水頭在20m～40m時(shí)，宜為70％～50％；額定水頭在40m～100m時(shí)，宜為50％～30％；額定水頭在100m～300m時(shí)，宜為30％～25％。對(duì)于抽水蓄能電站，水頭一般較高，同時(shí)水泵水輪機(jī)進(jìn)出口直徑相差也大，在甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組水力制動(dòng)效應(yīng)更加明顯，在機(jī)組甩負(fù)荷過渡過程中更加容易進(jìn)入反水泵區(qū)或進(jìn)入反水泵區(qū)更深，從而使得蝸殼進(jìn)口至尾水管進(jìn)口處水流異常紊亂，產(chǎn)生較大的壓力脈動(dòng)。在近期已建抽水蓄能電站中，水力過渡過程計(jì)算控制值是以現(xiàn)行規(guī)范推薦值為基礎(chǔ)，為滿足尾水管進(jìn)口最小壓力要求，同時(shí)考慮到抽水蓄能機(jī)組壓力脈動(dòng)的影響，蝸殼壓力升高率保證值呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，由此適當(dāng)放寬壓力升高的要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值統(tǒng)計(jì)，大部分蓄能電站的蝸殼最大壓力保證值已經(jīng)超過30%，達(dá)到35%～38%。國(guó)內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值統(tǒng)計(jì)見下表。國(guó)內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站蝸殼最大壓力保證值表電站名稱額定水頭（m）蝸殼最大靜水頭（m）保證值（m）設(shè)計(jì)值(m)設(shè)計(jì)值/最大靜水頭瑯琊山126181.8239.6239.61.32白蓮河195267326.2329.31.23桐柏244344.21428.1428.11.24蒲石河308394509.7509.71.29張河灣305394530.1530.11.35宜興363474.56406401.35十三陵4305356906901.29寶泉510639.6800864.51.35呼和浩特5216609009001.36天荒坪526680.28878871.3西龍池640769.5101510151.32仙游4305326727281.37黑糜峰2953855005001.3響水澗190274.053523591.31清遠(yuǎn)470570.57807801.37泰安2253093983981.29仙居4475687467841.38由此，本條建議計(jì)算控制值按不大于30%控制，而保證值則以計(jì)算值為基礎(chǔ)經(jīng)修正后得到。(2)壓力修正值（壓力脈動(dòng)修正值、計(jì)算誤差）對(duì)壓力脈動(dòng)裕量及計(jì)算誤差的取值，不同的廠家有著不同的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于歐洲廠家，一般對(duì)蝸殼最大壓力在計(jì)算值的基礎(chǔ)上考慮10%壓力上升作為計(jì)算誤差，5%～7%的壓力脈動(dòng)峰峰值作為壓力脈動(dòng)裕量，而最大轉(zhuǎn)速上升則不進(jìn)行修正。對(duì)于日本廠家，蝸殼進(jìn)口最大壓力取10%的壓力上升作為計(jì)算誤差，甩負(fù)荷前凈水頭的7%作為壓力脈動(dòng)裕量；對(duì)于尾水管最小壓力，取甩負(fù)荷前凈水頭的3.5%或甩入力前凈揚(yáng)程的2%作為壓力脈動(dòng)裕量；對(duì)于最大轉(zhuǎn)速上升，增加計(jì)算值與額定轉(zhuǎn)速差值的5%作為計(jì)算誤差余量。國(guó)內(nèi)部分已建抽水蓄能電站的現(xiàn)場(chǎng)過渡過程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與過渡過程計(jì)算值見下表：國(guó)內(nèi)部分已建抽水蓄能電站的現(xiàn)場(chǎng)雙機(jī)甩負(fù)荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與過渡過程計(jì)算值對(duì)比表項(xiàng)目張河灣西龍池仙游蒲石河瑯琊山錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值錄波值計(jì)算值1#1#3#3#1#1#1#1#2#2#上庫(kù)正常蓄水位（m）8108101492.51492.5741741392392171.8171.8上庫(kù)水位(m)796.288101470.51470.5730.25730.25387.7392171.8171.8下庫(kù)水位(m)465.71488808.35808.35286.23286.2362.986225.7422安裝高程(m)416416723723201201-2-2-10-10閥前最大靜壓力(m)394769.5769.5540540394394181.8181.8蝸殼初始?jí)毫Γ╩)382.91725.51435.87325.68169.39176.26蝸殼最大壓力(m)508482.93992.653923.564680.54619.56493.4451.25224.49203.77%靜壓（脈動(dòng)）27.5853.8737.827.5812.7310%的壓力升高(安全)1019.8118.3712.562.74計(jì)算+脈動(dòng)+安全520.51997.244675.73491.39219.17尾水管最小壓力(m)2052.2733.26547.64437.5453.7427.439.812.6514.53%靜壓（脈動(dòng)）11.8223.0916.211.825.4510%的壓力降(安全)1.973.773.152.421.75計(jì)算-脈動(dòng)-安全38.4820.78434.3925.567.3升速率(%)4444.483335.138.339.6339.637.7438.437.46注：張河灣計(jì)算工況與試驗(yàn)工況水位略有差別，上水庫(kù)水位差13.72m，下水庫(kù)水位差22.17m，甩前毛水頭差8.45m。DL／T××××—200×我國(guó)抽水蓄能電站過渡過程計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算及試驗(yàn)案例還不夠全面覆蓋所有揚(yáng)程范圍的抽水蓄能機(jī)組，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試工況與原過渡過程計(jì)算工況大多又存在一定的差別，從目前掌握的資料來看，抽水蓄能電站蝸殼最大壓力及尾水管最小壓力的計(jì)算值與試驗(yàn)值存在的差異較大，需進(jìn)行修正；轉(zhuǎn)速計(jì)算值差別較小，可不做修正。故本導(dǎo)則建議目前階段參考初步統(tǒng)計(jì)值及國(guó)外有關(guān)廠家做法，對(duì)抽水蓄能電站的過渡過程計(jì)算值暫按下表進(jìn)行修正確定調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值：1）壓力脈動(dòng)裕量工況增加到計(jì)算結(jié)果中的壓力脈動(dòng)甩負(fù)荷工況時(shí)壓力鋼管的最大壓力閥前最大靜水頭的7%甩負(fù)荷工況時(shí)尾水管的最小壓力閥前最大靜水頭的2%～3.5%甩入力工況時(shí)壓力鋼管的最小壓力甩入力前凈揚(yáng)程的2%甩入力工況時(shí)尾水管進(jìn)口(轉(zhuǎn)輪出口)處的最大壓力甩入力前凈揚(yáng)程的3%2）計(jì)算誤差工況余量任何工況的壓力增加或減少計(jì)算值與初始?jí)毫Σ钪档?%～10%任何工況的轉(zhuǎn)速不做修正對(duì)于常規(guī)水電站,一般用靜水頭（即上游水位與尾水位之差）作為計(jì)算蝸殼壓力升高率的基準(zhǔn)值，但對(duì)于埋深很大的高水頭抽水蓄能電站,這樣做相對(duì)誤差就太大了，因此建議用上庫(kù)正常蓄水位與蝸殼進(jìn)口中心線高程差（即蝸殼進(jìn)口中心線的靜水壓）作為計(jì)算蝸殼壓力升高率ξ的基準(zhǔn)值。（3）機(jī)組轉(zhuǎn)速上升率在條件相同的情況下，水泵水輪機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速比值nk較常規(guī)機(jī)組的比值nk小。例如寧波溪口抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)組的比值nk為1.38，水頭與它相近的漁子溪水電站常規(guī)機(jī)組的比值nk為1.64。我國(guó)部分已建和在建的高水頭水泵水輪機(jī)組的比值nk見下表。國(guó)內(nèi)部分已建、在建抽水蓄能電站的水泵水輪機(jī)組的nk值電站名稱西龍池天荒坪廣蓄二期十三陵張河灣蒲石河寧波溪口泰安飛逸轉(zhuǎn)速680667690681469425830433額定轉(zhuǎn)速500500500500333.3300600300比值1.361.331.381.361.411.421.381.44因此本條建議允許最大轉(zhuǎn)速升高率max保證值不宜超過45%。（4）輸水系統(tǒng)建筑物過渡過程計(jì)算（控制值、調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)值）主要參考NB/T35021《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》和NB/T35056《水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)設(shè)計(jì)要求。6計(jì)算工況抽水蓄能電站輸水發(fā)電系統(tǒng)布置隨電站地形條件不同而不同。對(duì)于引水系統(tǒng)，有一洞1機(jī)、2機(jī)、3機(jī)、4機(jī)方式，再組合是否設(shè)置調(diào)壓井方式；同樣，對(duì)尾水系統(tǒng)，有1機(jī)一洞、2機(jī)一洞、3機(jī)一洞、4機(jī)一洞方式，再組合是否設(shè)置調(diào)壓井方式。由此，輸水系統(tǒng)布置方式眾多，而目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的典型布置為：引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)方式，尾水采用兩機(jī)一洞方式。綜上所述，為使本導(dǎo)則盡量簡(jiǎn)化，并具有一定的代表性，計(jì)算工況以引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)方式，尾水系統(tǒng)采用兩機(jī)一洞方式，并設(shè)置引調(diào)與尾調(diào)的布置方式進(jìn)行列舉，其他布置方式也方便參