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        三佳電站導(dǎo)葉分段關(guān)閉調(diào)節(jié)保證計(jì)算

        2021-06-03 08:40:20佘建軍姜明利謝敏萍
        水電站機(jī)電技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:拐點(diǎn)導(dǎo)葉水頭

        佘建軍,姜明利,謝敏萍

        (1.玉溪市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,云南 玉溪 653100;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038;3.華北水利水電大學(xué),河南 鄭州 450045)

        1 前言

        水電站機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算是對(duì)機(jī)組突然改變運(yùn)行工況時(shí)機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的特性研究,目的是選定合理的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律,保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化和壓力變化在合理和標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi),從而保證機(jī)組和電站壓力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        三佳電站位于云南省華寧縣華溪鎮(zhèn)三家村地界內(nèi),珠江流域南盤江水系右岸一級(jí)支流曲江上,距離華寧縣城42 km,交通便利。壩址以上控制徑流面積2 888 km2。該電站屬引水式,發(fā)電引用流量41.4 m3/s,設(shè)計(jì)水頭38.6 m,裝機(jī)容量3×4 500 kW,采用立式機(jī)組布設(shè),廠區(qū)位于順流的左岸。電站控制方式采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),按“無(wú)人值班”(少人值守)方式設(shè)計(jì)。

        電站采用有壓引水方式引水隧洞長(zhǎng)340 m,洞徑4.2 m,鋼筋混凝土洞壁厚40 cm,支管采用壓力鋼管形式,長(zhǎng)約24 m,管徑2.0 m,管壁厚約2.0 cm。有壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為58 m。

        2 電站及機(jī)組主要技術(shù)參數(shù)

        2.1 電站主要參數(shù)

        表1 電站主要參數(shù)

        2.2 機(jī)組主要參數(shù)

        表2 機(jī)組主要參數(shù)

        3 導(dǎo)葉分段關(guān)閉調(diào)保計(jì)算

        水電站機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算是對(duì)機(jī)組突然改變運(yùn)行工況時(shí)機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的特性研究,目的是選定合理的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律,保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化和壓力變化在合理和標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi),從而保證機(jī)組和電站壓力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        3.1 有壓隧洞及壓力鋼管布置

        電站采用有壓引水方式引水隧洞長(zhǎng)340 m,洞徑4.2 m,鋼筋混凝土洞壁厚40 cm,支管采用壓力鋼管形式,長(zhǎng)約24 m,管徑2.0 m,管壁厚約2.0 cm。有壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為58 m。其管路各段水力計(jì)算參數(shù)如表3:

        表3 隧洞特征參數(shù)

        表4 各管段水力計(jì)算表

        3.2 分段關(guān)閉拐點(diǎn)開(kāi)度選擇

        通過(guò)對(duì)有壓引水系統(tǒng)的分析,其最高壓力不能超過(guò)58 m。按最大水頭計(jì)算則壓力上升值要小于38%,轉(zhuǎn)速上升可以達(dá)60%?;谝陨蠗l件,其分段關(guān)閉的拐點(diǎn)開(kāi)度應(yīng)在83%~87%之間選擇。通過(guò)計(jì)算確定拐點(diǎn)相對(duì)開(kāi)度為85%。

        3.3 分段關(guān)閉時(shí)間確定計(jì)算

        根據(jù)計(jì)算tr<Ts電站有壓系統(tǒng)發(fā)生間接水擊,并且ρτ0>1.5最大水擊發(fā)生在末相,但按末相水擊計(jì)算,其壓力上升和轉(zhuǎn)速上升均不滿足調(diào)保要求,因此采用分段關(guān)閉方式,控制轉(zhuǎn)速上升值,通過(guò)導(dǎo)葉先快關(guān)閉后慢關(guān)閉的分段關(guān)閉方式,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。把最大壓力上升控制在首相,因此利用首相公式計(jì)算得出快關(guān)時(shí)間為1.10 s。慢關(guān)時(shí)間則通過(guò)末相水擊公式計(jì)算為30 s。轉(zhuǎn)速控制按水輪發(fā)電機(jī)組的慣性力矩特性,在快關(guān)段的直線關(guān)閉時(shí)間內(nèi)完成轉(zhuǎn)速最大上升,在慢關(guān)機(jī)段時(shí)通過(guò)機(jī)組的力矩特性逐漸減速,其快關(guān)段直線關(guān)閉時(shí)間為7.859 s。

        3.4 拐點(diǎn)及關(guān)閉過(guò)程最大壓力上升結(jié)果

        拐點(diǎn)壓力按首相公式計(jì)算,慢關(guān)閉過(guò)程的壓力上升按末相公式進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

        表5 拐點(diǎn)及關(guān)閉過(guò)程最大壓力計(jì)算結(jié)果

        3.5 拐點(diǎn)及關(guān)閉過(guò)程最大轉(zhuǎn)速上升結(jié)果

        拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速按首相公式計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6:

        表6 拐點(diǎn)及關(guān)閉過(guò)程最大轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果

        4 結(jié)論

        (1)由于電站的壓力隧洞設(shè)計(jì)壓力較小,僅為58 m,在計(jì)算時(shí)首先應(yīng)滿足壓力上升的要求,因此拐點(diǎn)相對(duì)開(kāi)度較大,直線關(guān)閉時(shí)間較長(zhǎng),轉(zhuǎn)速上升接近60%,而且壓力值也達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值,基本達(dá)到調(diào)保計(jì)算要求。

        (2)本計(jì)算為分段關(guān)閉調(diào)節(jié)保證計(jì)算的極值計(jì)算,在最大水頭下出現(xiàn)最大壓力上升,最大壓力為57.014 m略低于設(shè)計(jì)壓力,由于壓力隧洞取水口為龍?zhí)ь^,則整個(gè)隧洞均處于同一壓力線,因此整條隧洞的壓力均應(yīng)按58 m設(shè)計(jì)。

        (3)按本分段關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)保證計(jì)算,其最大轉(zhuǎn)速上升極值為580.312 r/min,轉(zhuǎn)速上升接近規(guī)范規(guī)定的60%轉(zhuǎn)速上升值,因此機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)其強(qiáng)度應(yīng)按轉(zhuǎn)速上升率不小于60%進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        (4)該計(jì)算為理論計(jì)算,與電站實(shí)際情況有待于在今后運(yùn)行中驗(yàn)證,因此,還存在許多不確定因素。為確保安全,提出以下建議:

        1)提高壓力隧洞的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),按目前相關(guān)規(guī)范的要求,水頭在40 m左右的電站有壓隧洞的設(shè)計(jì)值應(yīng)不大于最高水頭的150%。如果標(biāo)準(zhǔn)提高可適當(dāng)加大拐點(diǎn)開(kāi)度,降低壓力上升的極值。

        2)增加機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,降低轉(zhuǎn)速上升值同時(shí)也可適當(dāng)加大拐點(diǎn)開(kāi)度,使得計(jì)算裕度更大。

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