沈丹(浙江富春江水電設(shè)備有限公司，浙江杭州310030)

分段關(guān)閉在中小型復(fù)雜引水電站中的應(yīng)用

沈丹
(浙江富春江水電設(shè)備有限公司，浙江杭州310030)

摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，中小型引水式水電站在水電行業(yè)中的比重越來越大，一段關(guān)閉的方法開始難以滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。以巴基斯坦G項(xiàng)目為例，介紹了分段關(guān)閉在中小型復(fù)雜引水式水電站中的應(yīng)用，為今后引水式水電站的過渡過程分析提供計(jì)算依據(jù)。圖2幅，表6個(gè)。

關(guān)鍵詞:引水式水電站;分段關(guān)閉;過渡過程分析

1　概述

對(duì)于機(jī)組前引水隧洞很長(zhǎng)的引水式水電站，引水隧道末端一般會(huì)設(shè)置調(diào)壓井，提供一個(gè)釋放水錘的通道，以減小過流部件的壓力。在這種情況下，為了節(jié)約土建成本，往往會(huì)采用一管多機(jī)的布置形式，其過渡過程計(jì)算就變得尤為復(fù)雜，甩負(fù)荷時(shí)管路中的水壓力和轉(zhuǎn)速上升比單管單機(jī)高很多;這樣就需要選定適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間和方式，計(jì)算蝸殼最大壓力值和最高轉(zhuǎn)速上升，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文以巴基斯坦G項(xiàng)目為例，采用分段關(guān)閉的方法對(duì)比分析了引水式水電站的過渡過程。

2　工程概況

巴基斯坦G項(xiàng)目坐落在北緯33°27'，東經(jīng)73°51'，距Poonch河邊的Kotli鎮(zhèn)5 km，項(xiàng)目擬安裝3臺(tái)33.4 MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，采用一洞一井一管三機(jī)的布置形式。引水隧洞長(zhǎng)3 043 m，直徑8.0 m;引水隧洞之間設(shè)置1個(gè)阻抗式調(diào)壓井，調(diào)壓井直徑29.0 m，高62.64m;壓力鋼管長(zhǎng)60 m，直徑8.0 m，分岔引水至3臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，支管直徑4.5 m (見圖1、表1、表2)。

圖1電站引水發(fā)電系統(tǒng)示意

表1　水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)

表2　電站參數(shù)

招標(biāo)文件規(guī)定:在任何工況下，機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)蝸殼最大水壓力不能超過最大毛水頭的30% (即84.11 m)，轉(zhuǎn)速上升不能超過額定轉(zhuǎn)速的50%。

3　計(jì)算方法

鑒于本電站引水管路較長(zhǎng)，并兼顧10%超發(fā)要求，過渡過程計(jì)算涉及到串聯(lián)管道連接，分岔管道連接;另外上游還設(shè)有調(diào)壓井，3臺(tái)機(jī)之間存在水力干擾現(xiàn)象，機(jī)組甩負(fù)荷過渡過程復(fù)雜，需要通過調(diào)節(jié)保證計(jì)算和分析，解決有壓輸水系統(tǒng)水流慣性、機(jī)組慣性力矩和調(diào)整特性三者之間的關(guān)系，使水錘壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值均在安全經(jīng)濟(jì)合理的允許范圍內(nèi)。

本文先用有壓瞬變流的特征線法對(duì)具有調(diào)壓室的引水系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)水輪機(jī)模型試驗(yàn)結(jié)果，使用過渡過程分析計(jì)算軟件，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組各種不同甩負(fù)荷過渡過程工況進(jìn)行了仿真分析計(jì)算。

4　計(jì)算分析

4.1調(diào)節(jié)保證計(jì)算工況

根據(jù)規(guī)范要求及電站實(shí)際情況，選擇如下典型工況進(jìn)行調(diào)節(jié)保證計(jì)算(見表3)。

表3　調(diào)節(jié)保證計(jì)算工況

4.2導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的選擇

工況2是3臺(tái)機(jī)同時(shí)超發(fā)10%出力時(shí)工況，其相應(yīng)水頭比較高，機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩比較大，工況最為惡劣，因此首先對(duì)該工況進(jìn)行計(jì)算以選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律，然后再用其他工況來校核該關(guān)閉規(guī)律。

為了更有效的突出分段關(guān)閉在本電站中的作用，我們先采用一段關(guān)閉方式，分析工況2的過渡過程(見表4)。

表4　一段關(guān)閉在工況2中的過渡過程結(jié)果

本電站招標(biāo)文件對(duì)蝸殼最大壓力上升值比較嚴(yán)苛(對(duì)設(shè)計(jì)水頭在40～100 m范圍內(nèi)的水電站，蝸殼允許最大壓力上升率為30%～50%)，從表4可以看出，采用一段關(guān)閉方式的過渡過程結(jié)果已難以滿足招標(biāo)文件的要求，故采用分段關(guān)閉的方法來有效的降低蝸殼最大水壓力。

經(jīng)過分析比較，得出最優(yōu)的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律如下(見圖2) :

圖2　最優(yōu)導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律示意

甩負(fù)荷后接力器不動(dòng)時(shí)間: Tc=0.2 s

第一段關(guān)閉時(shí)間: Tg=3.6 s，Ts1=7.2 s

第二段關(guān)閉時(shí)間: Ts2=10 s

關(guān)閉初始相對(duì)開度: ag=50%a0

導(dǎo)葉最大全開度: a0=33°

4.3計(jì)算結(jié)果

對(duì)以上幾種調(diào)節(jié)保證計(jì)算工況，計(jì)算結(jié)果如下所示(見表5)。

表5　采用分段關(guān)閉方式的過渡過程結(jié)果

通過以上計(jì)算，考慮尾水管壓力脈動(dòng)對(duì)水壓的影響及測(cè)量和計(jì)算的誤差，其計(jì)算值、預(yù)期值及保證值如下所示(見表6)。

表6　考慮各種因素的過渡過程計(jì)算值、預(yù)期值及保證值

從表6可以看出，發(fā)電機(jī)的GD2為 2 120 t·m2，導(dǎo)葉采用兩段關(guān)閉方式，蝸殼最大水壓不超過84 m，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升不超過額定轉(zhuǎn)速的49%，尾水管最小壓力不小于－7 m，均滿足招標(biāo)要求。

5　結(jié)語

對(duì)于引水管路較長(zhǎng)，采用一管多機(jī)布置形式，特別是還需要滿足超發(fā)要求的引水式水電站，采用分段關(guān)閉方式，能更有效降低蝸殼最大水壓力，使機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn):

［1］鄭源，張?。C(jī)組過渡過程［M］．北京:北京大學(xué)出版社，2008．

［2］沈祖飴．水輪機(jī)調(diào)節(jié)［M］．北京:中國水利水電出版社，1998．

責(zé)任編輯吳昊

作者簡(jiǎn)介:沈丹(1988－)，女，助理工程師，主要從事水輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。E _ mail: 729094084 @ qq.com

收稿日期:2015－10－23