周 波

(西昌颶源風電開發(fā)有限公司 生產(chǎn)技術部 四川西昌 610000)

一、工程概況

斯里蘭卡Broadlands水電站項目位于薩巴拉加穆瓦省凱格勒區(qū)基圖爾格勒鎮(zhèn)的凱拉尼河上，距離首都科倫坡約65km，為徑流式電站。凱拉尼河由Maskeliya-oya支流和Kehelgamu oya支流交匯而成，向西匯入印度洋。在擬建的Broadlands水電站上游約4km處有一座Polpitiya電站，其尾水匯入Maskeliya-oya支流。Broadlands水電站的主要工程內容包括：在Maskeliya-oya支流上(Polpitiya電站尾水渠下游約200m處)建造一座24m高的混凝土重力式主壩；在左岸重力壩上游修建取水口，通過一條長約3.4km，外接正方形6.8m×6.8m的馬蹄形斷面的隧洞向Broadlands水電站供水發(fā)電，有效水頭為56.9m；距電站廠房約200m的隧洞上方建造一座調壓井；在Kehelgamu oya支流上(與Maskeliya-oya支流交匯處上游1km處)建造一座19m高的擋水堰式副壩，通過一條811m長的隧洞向Broadlands水庫調水。工程范圍包括位于Maskeliya-oya支流的主壩、位于Kehelgamu-oya支流的副壩、輸水建筑物、2臺17.5MW混流水輪發(fā)電機組的發(fā)電站、132kV開關站、電力輸送線路及附屬工程、預備工程和項目最后試運行。[1]

圖1 引水系統(tǒng)示意圖

二、設計依據(jù)

1.《水利水電工程機電技術規(guī)范》SL511-2011；

2.《水輪機控制系統(tǒng)技術條件》GBT9652.1-2007；

3.合同要求的出力保證技術指標；

4.設計聯(lián)絡會達成的過渡過程技術指標；

5.水工專業(yè)提供的壓力引水系統(tǒng)布置圖。

三、出力保證及調節(jié)保證計算控制值確定

(一)合同要求的出力保證

1.上游水位1 2 1 m 時，1 臺機組發(fā)電，出力保證值19.91MW；

2.上游水位111m時，兩臺機組發(fā)電，單機出力保證值14.2MW。

(二)調節(jié)保證

1.機組甩負荷時的最大轉速升高率保證值小于50%；

2.機組甩負荷時的蝸殼最大壓力升高率保證值小于50%。

四、出力保證計算及分析

(一)計算不同工況水輪機出力保證

1.庫區(qū)水位與運行機組臺數(shù)

根據(jù)合同及會議紀要要求，在庫區(qū)最高水位時，一臺機組發(fā)電情況下，水輪機最大出力不低于19.91MW；在庫區(qū)最低水位時，雙機發(fā)電情況下，單臺水輪機出力不低于14.2MW。以上兩個極限工況對應的特征數(shù)據(jù)見表1。

表1 極限工況對應的特征數(shù)據(jù)表

2.出力保證計算

(1)對于庫區(qū)最高水位單機發(fā)電出力保證，主要考核水輪機出力性能。此時機組有效發(fā)電水頭為：

Hr= 水庫水位—尾水水位—水頭損失=62.31m

根據(jù)計算公式

N — 發(fā)電機出力；D1— 轉輪直徑；Hr— 發(fā)電水頭；ηf— 發(fā)電機效率；ηs— 水輪機效率。

以及轉輪綜合特性曲線選取水輪機效率參數(shù)，反復逼近計算得到工況點參數(shù)如下：見圖2

n'1= 76.77 rpm

Q'1= 1.099 m3/s

ηs= 92.3%

圖2 庫區(qū)最高水位時工況點

由圖2可見，工況點位于出力限制線左側，并離開一定距離，滿足出力要求。

(2)對于庫區(qū)最低水位雙機運行時，單臺水輪機出力保證，主要考核的是隧洞過流能力，以及最低發(fā)電水頭情況下機組過流能力。

此時水輪機發(fā)電水頭受隧洞斷面縮小，隧洞水頭損失增加影響，必須控制隧洞總水頭損失值。水工專業(yè)設計人員對縮小隧洞斷面后的水頭損失進行了計算，根據(jù)計算結果，有效發(fā)電水頭為：

Hr= 水庫水位—尾水水位—水頭損失=46.5m

經(jīng)計算，工況點參數(shù)如下：見圖3

n'1= 88.87 rpm

Q'1= 1.267 m3/s

ηs= 88.6%

圖3 庫區(qū)最低水位時工況點

由圖3可見，工況點位于出力限制線左側，滿足出力要求。

(二)出力保證計算結果分析

由以上計算結果可以看出當庫區(qū)水位最高時，單機運行的出力保證能滿足合同要求。當庫區(qū)水位最低，且雙機運行時，工況點非常接近出力限制線，如果隧洞及引水系統(tǒng)總體水頭損失超過8.2mH2O將不能保證合同規(guī)定的出力值。由此對隧洞F0+360m至F0+400m的襯砌斷面縮小，應采取謹慎的態(tài)度，并應注意在施工過程中提高施工工藝，盡量降低隧洞過流面糙率，以減少水頭損失。

五、調節(jié)保證計算及分析

本電站采用一管雙機的引水方式，從大壩取水口經(jīng)長度為3216m的外接正方形6.8m×6.8m，馬蹄形斷面的隧洞到直徑16m的調壓井，再經(jīng)主管長度163m，內徑4.6m，兩支管長度40.26m，內徑3.3m的埋入式壓力鋼管道接水輪機蝸殼進水口，按兩臺機組甩100%負荷進行調保計算。

(一)電站基本資料

1.水位

(1)上游水位

校核洪水位 122.00m

設計洪水位 121.00m

正常蓄水位 121.00m

死水位 111.00m

(2)調壓井水位

最高水位 129.99m

最低涌浪水位 103.35m

(3)下游水位

設計洪水位 63.57m

正常尾水位 56.2m

一臺機尾水位 55.74m

2.流量

電站引用流量 34.87x2 m3/s

3.水頭

最大水頭 66.0m

加權平均水頭 56.9m

最小水頭 46.9m

4.電站特性

裝機容量 2×17.5 MW

多年平均發(fā)電量 126 GWh

年利用小時數(shù) 3623 h

(二)不同水頭下機組調節(jié)保證計算

1.最大水頭

在最大水頭下調節(jié)保證計算成果如下表：

表2 最大水頭調節(jié)保證計算成果

2.額定水頭

在額定水頭下調節(jié)保證計算成果如下表：

表3 額定水頭調節(jié)保證計算成果

(三)調節(jié)保證計算結果分析

調節(jié)保證計算的結果表明：當導葉有效關閉時間為8s，在額定水頭甩負荷時蝸殼壓力上升率為40.4%，最大壓力上升絕對值為79.9m.H2O；速率上升為43.5%，最大轉速上升值為431 r/min。對照規(guī)范要求，從表2、表3計算結果可知道，導葉關閉時間為7s～10s時均滿足規(guī)范要求。由此也可得出結論：本電站調節(jié)保證計算可以滿足規(guī)范要求。