姜源清，逯 鵬

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

緬甸德鐵水電站水輪機調(diào)節(jié)保證計算研究

姜源清，逯 鵬

（中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

緬甸德鐵水電站為引水式電站，引水系統(tǒng)長約730 m，未設置調(diào)壓井，安裝3臺38.5 MW的混流式水輪發(fā)電機組。本文根據(jù)電站引水系統(tǒng)和水輪發(fā)電機組的特性，以雇主要求為原則，進行了水輪機調(diào)節(jié)保證計算，通過分析引水系統(tǒng)水流慣性、機組慣性和調(diào)速系統(tǒng)關閉規(guī)律之間的關系，提出了水輪機調(diào)節(jié)保證值，確保電站安全穩(wěn)定的運行。

引水系統(tǒng)；混流式水輪機；調(diào)節(jié)保證

1 前言

緬甸德鐵水電站由緬甸電力部規(guī)劃，電站位于仰光西北部約507 km德鐵河上，距離Shwehle大橋上游約16 km，電站為引水式電站，地面廠房，引水系統(tǒng)為1管3機，電站裝設3臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，單臺水輪機額定出力40 MW。

在電站實際運行中，水輪發(fā)電機組經(jīng)常因系統(tǒng)負荷變化進行調(diào)節(jié)，或因事故而甩負荷停機。這些負荷變化都將造成引水系統(tǒng)管線水壓的波動和機組轉(zhuǎn)速的變化，影響電站的正常運行。所以研究并確定引水系統(tǒng)水流慣性、機組慣性和調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能之間的控制參數(shù)，對電站的安全穩(wěn)定運行至關重要。

水輪機調(diào)節(jié)保證計算是研究機組在突甩負荷及負荷變化時系統(tǒng)過渡過程的特性，計算在這些工況中機組轉(zhuǎn)速的變化、引水壓力管道中壓力變化及其極值，選定導水機構(gòu)合理的調(diào)節(jié)時間和關閉規(guī)律，優(yōu)化機組轉(zhuǎn)動慣量，使水工建筑物設計方案和機組參數(shù)經(jīng)濟合理，為設計及制訂電站安全運行方式提供理論依據(jù)。

2 基本原理

本文水輪機過渡過程中關閉管道引起的瞬變流方程的求解采用特征線法。

壓力管道中的水流的運動方程和連續(xù)性方程如下：

將這兩個方程用一個未知的乘數(shù)進行線性組合，得：

特征線法就是選擇兩個特定的值，將如上等式變換成一組全微分方程，最終的特征方程如下：

3 基本參數(shù)

3.1 電站基本參數(shù)

（1）上游水庫特征水位

最高水位89.29 m

滿庫水位80.77 m

最低運行水位50.00 m

（2）下游尾水位

3臺機滿負荷 6.89 m

2臺機滿負荷 6.40 m

1臺機滿負荷 5.76 m

（3）最大引用流量210 m3/s

裝機容量115.2 MW

（4）設備高程

水輪機安裝高程2.54 m

進水閥中心高程2.54 m

3.2 水輪發(fā)電機組基本參數(shù)

（1）水輪機型號 HLA883-LJ-296

型式 立軸混流式

最大水頭 74.72 m

額定水頭 62.384 m

最小水頭 41.16 m

額定流量 70.12 m3/s

額定出力 40 MW

額定轉(zhuǎn)速 214.3 r/min

轉(zhuǎn)輪直徑 2.96 m

（2）發(fā)電機型號 SF38.4-28/5800

額定容量 38.4 MW/48 MVA

額定電壓 11 kV

額定轉(zhuǎn)速 214.3 r/min

飛輪力矩 ＞25 000 kN·m2

4 調(diào)節(jié)保證計算

4.1 調(diào)節(jié)保證計算工況的擬定

根據(jù)電站主接線方式及機組運行可能出現(xiàn)的不利工況，選擇以下4個運行工況作為調(diào)節(jié)保證的計算工況。

工況1：上游蓄水位為80.77 m，下游尾水位為6.89 m，3臺機組帶額定功率40 MW，同時甩全負荷；

工況2：上游蓄水位為77.693 m，下游尾水位為6.76 m，3臺機組帶額定功率40 MW，同時甩全負荷；

工況3：上游蓄水位為71.27 m，下游尾水位為6.89 m，3臺機組帶額定功率40 MW，同時甩全負荷；

工況4：上游蓄水位為65.385 m，下游尾水位為6.85 m，3臺機組帶負荷34.59 MW，同時甩全負荷。

4.2 業(yè)主對調(diào)節(jié)保證計算保證值的要求

根據(jù)緬方業(yè)主要求，任何工況下，機組甩負荷后的最大壓力值不應超過1.11 MPa，最大轉(zhuǎn)速升高值不應超過50%。

4.3 引水系統(tǒng)的管道布置

緬甸德鐵水電站工程輸水系統(tǒng)布置示意圖以及管段和節(jié)點編號見圖1，節(jié)點編號用數(shù)字表示，各管段的特征線計算斷面沿上游到下游方向編號。

圖1 引水系統(tǒng)管道布置和分段節(jié)點編號示意圖

4.4 導葉關閉規(guī)律

根據(jù)電站機組參數(shù)，在兼顧系統(tǒng)甩負荷過程中的壓力上升和轉(zhuǎn)速上升的基礎上，經(jīng)分析比較，選定的導葉關閉規(guī)律如圖2所示。采用兩段關閉，第一段關閉時間為4.12 s（含調(diào)速器不動時間0.2 s），接力器行程由100%至46.7%；第二段關閉時間為11.22s，接力器行程由46.7%至全關。

圖2 導葉關閉規(guī)律

5 計算結(jié)果及分析

5.1 調(diào)保計算成果表

調(diào)節(jié)保證計算成果見表1。

表1 調(diào)節(jié)保證計算成果表

5.2 機組大波動過渡過程變化曲線圖

4個工況下，機組大波動過渡過程中各特征參數(shù)隨時間的變化規(guī)律如圖3～圖6所示。

圖3 工況1 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數(shù)結(jié)果

圖4 工況2 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數(shù)結(jié)果

圖5 工況3 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數(shù)結(jié)果

圖6 工況4 1號機組甩負荷大波動過渡過程特征參數(shù)結(jié)果

5.3 結(jié)果分析

從上述計算結(jié)果可以看出，在機組飛輪力矩25 000 kN·m2的和選定的導葉關閉規(guī)律條件下，甩負荷過程中，蝸殼末端最大壓力（約109.5 m）發(fā)生在工況1，最大轉(zhuǎn)速上升（約47.6%）發(fā)生在工況3，均滿足業(yè)主對調(diào)節(jié)保證的保證值要求。

據(jù)此確定本電站調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，指導電站調(diào)試運行。

6 結(jié)論

通過本電站水輪機調(diào)節(jié)保證計算分析，在機組飛輪力矩為25 000 kN·m2時，選定的導葉關閉規(guī)律能滿足引水系統(tǒng)在極端工況下甩負荷的壓力上升和轉(zhuǎn)速上升的要求，為本電站的調(diào)試運行提供了指導原則。目前本電站尚未完工，調(diào)節(jié)保證計算成果最終將在試運行階段進行驗證。

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［3］王樹人.水擊理論與水機計算［M］.北京：清華大學出版社，1981.

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TV734.4

A

1672-5387（2016）07-0009-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.003

2016-05-06

姜源清（1979-），男，工程師，從事水電站水力機械設計工作。