譚劍波 宋亮 馮建棟

摘 要：根據(jù)五里峽水電站引水系統(tǒng)特征、裝機(jī)組合及規(guī)范指標(biāo)要求，對(duì)過渡過程調(diào)節(jié)特性進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，獲得了水輪機(jī)在額定水頭和最大水頭下的100%丟棄負(fù)荷條件下的機(jī)組轉(zhuǎn)速和壓力上升率。計(jì)算成果表明：機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間設(shè)置為6s，可以獲得較好調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)質(zhì)量，確保電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；調(diào)節(jié)保證；五里峽水電站

中圖分類號(hào)：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）02-0099-02

Calculation and Analysis of Regulation Stability of

Wulixia Hydropower Station

TAN Jianbo SONG Liang FENG Jiandong

（Yangling Vocational and Technical College，Yangling Shaanxi 712100）

Abstract： According to the characteristics of water diversion system，hydro-turbine installed combination and specification requirements of Wulixia hydropower station， the research of regulation guarantee calculation has been done， and the unit speed and pressure rise rate during 100% load drop working condition at rated head and maximum head. The calculation results show that： the units turn-off time of the guide cane with 6s can obtain good regulating stability and regulating quality， and also can ensure the safe and stable operation of the power station.

Keywords： hydro-turbine；regulation guarantee；Wulixia Hydropower Station

調(diào)節(jié)保證計(jì)算是農(nóng)村小水電增效擴(kuò)容改造工程中機(jī)組選型的重要研究?jī)?nèi)容。通過合理計(jì)算分析可以揭示水輪機(jī)在大小波動(dòng)過渡過程中的非線性特性，尤其可以獲得甩負(fù)荷等特殊工況條件下的運(yùn)轉(zhuǎn)特性[1]。詳細(xì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算可以讓設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確掌握水輪機(jī)導(dǎo)葉在不同關(guān)閉規(guī)律下的水壓上升和轉(zhuǎn)速上升關(guān)系，并結(jié)合計(jì)算結(jié)果合理設(shè)置關(guān)閉時(shí)間，以改善機(jī)組過渡過程特性，確保機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 工程概況

太白縣五里峽水電站位于太白縣桃川鎮(zhèn)杜家莊村境內(nèi)的火箭溝溝口，即東經(jīng)107°28′，北緯34°03′，距太白縣16.4km，與姜眉路一河之隔，距110kV桃川變電站2km，且為河川平地，并網(wǎng)條件優(yōu)越。改造總裝機(jī)容量3 650kW（800kW+1 250kW+1 600kW），電站設(shè)計(jì)凈水頭71.2m，設(shè)計(jì)引用流量6.25m3/s，年利用小時(shí)數(shù)5 130h，年發(fā)電量1 860萬kW·h。根據(jù)《小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（水力機(jī)械）中各機(jī)型水輪機(jī)的應(yīng)用范圍，選擇機(jī)型為混流式水輪機(jī)（30～700m）。根據(jù)額定水頭和單機(jī)容量，查水輪機(jī)型譜，具體選擇水輪機(jī)型號(hào)為HLA685-WJ-50（配800kW發(fā)電機(jī)）、HLA678-WJ-60（配1 250kW發(fā)電機(jī)）、HLA685-WJ-71（配1 600kW發(fā)電機(jī)）。

2 水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計(jì)算

2.1 計(jì)算原則

五里峽水電站為1管3機(jī)引水系統(tǒng)，由1根壓力鋼管向3臺(tái)機(jī)供水。調(diào)節(jié)保證計(jì)算遵循《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范》要求[2]，即壓力上升值應(yīng)小于30%～50%；速率上升值小于50%～60%。

2.2 調(diào)節(jié)保證計(jì)算過程

根據(jù)《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，五里峽水電站調(diào)節(jié)保證計(jì)算選擇額定水頭時(shí)所有機(jī)組滿發(fā)同時(shí)甩負(fù)荷，以及最高水頭時(shí)所有機(jī)組滿發(fā)同時(shí)甩負(fù)荷兩種情況，確定大小機(jī)組水擊壓力變化。五里峽水電站額定水頭71.2m，規(guī)定水頭小于170m，在間接水擊中其水擊壓力最大值出現(xiàn)在末相；大于250m，水擊壓力最大值出現(xiàn)在第一相。壓力上升值公式為：

[hm=2σ2-σ] （1）

轉(zhuǎn)速上升值計(jì)算公式為：

[β=1+365N0n0GD2（2Tc+Tnf）-1] （2）

100%丟棄負(fù)荷時(shí)，不同導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速及壓力上升值為：

[a=1 4351+DEwδEs] （3）

式中：a為水擊波速（m/s），EW為水的體積彈性模量，[Ew=2.1×109Pa]；D為管道內(nèi)徑（cm）；δ為管壁厚度（cm）；[Es]為鋼材的彈性模量，[Es=2.1×1011Pa]。

由式（3）得出a=1 060m/s，則水擊的相長(zhǎng)為：

[tr=2La=2×1631 060=0.31s] （4）

由于電站水頭（71.2m）在H0=40～100m范圍內(nèi)，規(guī)定最大水壓力相對(duì)升高值?m=0.3～0.5。丟棄100%負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速允許上升值[δmax]=0.5～0.6。

2.3 調(diào)節(jié)保證計(jì)算結(jié)果

800kW機(jī)組，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為1.33t·m2，額定轉(zhuǎn)速為1 000r/min；1 250kW機(jī)組，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2.173t·m2，額定轉(zhuǎn)速為1 000r/min；1 600kW機(jī)組，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為4.72t·m2，額定轉(zhuǎn)速為750r/min。額定水頭和最大水頭下的100%丟棄負(fù)荷機(jī)組轉(zhuǎn)速和壓力上升率計(jì)算結(jié)果如表1所示。

機(jī)組關(guān)閉時(shí)間的選取原則是：在選用的關(guān)閉時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速與壓力上升值均應(yīng)在規(guī)定內(nèi)，并盡可能使壓力上升值小些。根據(jù)此原則，建議機(jī)組關(guān)閉時(shí)間為6s。

3 結(jié)語

水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可靠性、準(zhǔn)確性與機(jī)組關(guān)閉規(guī)律和關(guān)閉時(shí)間有著密切聯(lián)系，其調(diào)速特性參數(shù)設(shè)置會(huì)直接影響機(jī)組調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣，甚至影響整個(gè)水電站系統(tǒng)調(diào)節(jié)的安全和穩(wěn)定。結(jié)合相關(guān)規(guī)范指標(biāo)要求，通過詳細(xì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，五里峽水電站建議3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組均按6s關(guān)閉時(shí)間進(jìn)行調(diào)速器調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置，以確保機(jī)組在大小波動(dòng)環(huán)境中具有良好的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭文成，楊建東，王明疆.基于Hopf分岔的變頂高尾水洞水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J].水利學(xué)報(bào)，2016（2）：189-199.

[2]逯鵬.贊比亞LUNZUA水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計(jì)算研究[J].紅水河，2015（3）：32-36.