長引水隧洞電站機(jī)組負(fù)荷調(diào)整過程的水力特性分析

【摘要】長引水隧洞式水電站的發(fā)電機(jī)組在負(fù)荷調(diào)整時，因流道內(nèi)水流的慣性作用，往往會出現(xiàn)水頭波動，從而導(dǎo)致機(jī)組實(shí)際出力與設(shè)定值之間存在偏差，甚者可能引起機(jī)組運(yùn)行異?；蛟O(shè)備損壞。本文通過對單機(jī)大負(fù)荷調(diào)整過程中，機(jī)組水頭水力學(xué)過渡過程數(shù)據(jù)的研究分析，揭示了長引水隧洞、一洞雙機(jī)式水電站的水力波動過程和規(guī)律，提出了優(yōu)化運(yùn)行控制建議，對同類電站的運(yùn)行具有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】水頭波動；研究分析；長引水隧洞；一洞雙機(jī)；運(yùn)行控制

引言

錦屏二級水電站采用長引水隧洞、一洞雙機(jī)方式設(shè)計的大型水電站。利用雅礱江150km大河彎的天然落差，通過4條長約17.5km的引水隧洞，截彎取直，獲得310米的水頭供機(jī)組發(fā)電。錦屏二級水電站一洞雙機(jī)的主要工程特點(diǎn)是，兩機(jī)共用一條引水隧洞、1個上游調(diào)壓室。

1、單機(jī)増負(fù)荷調(diào)整過程的典型水力學(xué)數(shù)據(jù)

以下數(shù)據(jù)為錦屏二級電站#8機(jī)組負(fù)荷由200MW增至520MW過程的實(shí)測運(yùn)行數(shù)據(jù)。

1.1 負(fù)荷調(diào)整前的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

1）運(yùn)行方式： 2F、4F、7F、8F并網(wǎng)運(yùn)行；1F、3F、5F、6F冷備用；

2）負(fù)荷情況：2F帶600MW；4F帶600MW；7F帶600MW；8F帶200MW；

1.2 負(fù)荷調(diào)整過程及水頭波動數(shù)據(jù)

1）20：00 8F增加負(fù)荷；

2）20：12 7F、8F上游調(diào)壓井水位第一個波峰出現(xiàn)；

3）20：21 7F、8F上游調(diào)壓井閘后水位第二個波峰出現(xiàn)；

4）20：26 5F、6F上游調(diào)壓井水位第一個波峰出現(xiàn)，且與#7、8機(jī)組上游調(diào)壓井水位波谷時間重合；

5）7F、8F上游調(diào)壓井水位波動振幅為14.40m左右，隨后每個周期大致衰減2m；5F、6F上游調(diào)壓井水位波動振幅為0.80m左右；

6）同一水力單元上游調(diào)壓井閘后水位處于隨動作狀態(tài)，且波形一致；

7）7F、8F上游調(diào)壓井水位波動從20：15調(diào)整320MW負(fù)荷完畢起至21：30止，完全穩(wěn)定時間約75分鐘。

8F増負(fù)荷過程的水頭波動曲線如圖1。

1.3 同一水力單元的另一機(jī)組負(fù)荷波動數(shù)據(jù)

8F負(fù)荷調(diào)整前，同一水力單元7F有功為600MW，8F調(diào)整過程中7F功率調(diào)整數(shù)據(jù)如下：

1）最大值605.5，正偏差5.5MW；最小值596.2，負(fù)偏差-4.8MW；

2）負(fù)荷波動持續(xù)75分鐘。

2、單機(jī)減負(fù)荷調(diào)整過程的典型水力學(xué)數(shù)據(jù)

以下數(shù)據(jù)為8F負(fù)荷由420MW減至120MW過程的實(shí)測運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2.1 負(fù)荷調(diào)整前的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

1）運(yùn)行方式：1F、3F、4F、5F、7F、8F并網(wǎng)運(yùn)行；6F冷備用；

2）負(fù)荷情況：1F帶580MW；2F帶580MW；3F帶560MW；4F帶580MW；5F帶580MW；7F帶540MW；8F帶420MW；

2.2 負(fù)荷調(diào)整過程及水頭波動數(shù)據(jù)

1）00：00 8F有功減至400MW（首先減保留8F）

2）00：01 8F有功按照調(diào)整速率要求減至振動區(qū)上限380MW；

3）隨后利用其它水力單元機(jī)組間隔調(diào)整，配合8F快速跨越振動區(qū)；

4）14min后負(fù)荷調(diào)整到位，1F、2F、3F、4F、5F帶600MW；7F帶540MW；8F帶120MW；

5）00：08 7F、8F上游調(diào)壓井水位第一個波峰出現(xiàn)；

6）20：17 7F、8F上游調(diào)壓井水位第二個波峰出現(xiàn)；

7）1F、2F負(fù)荷共增加40MW，上游調(diào)壓井水位波動：0.13-0.17m；

8）3F、4F負(fù)荷共增加60MW，上游調(diào)壓井水位波動：5.07-5.08m；

9）5F、6F負(fù)荷共增加20MW，上游調(diào)壓井水位波動：2.9m；

10）8F負(fù)荷減少300MW，上游調(diào)壓井水位波動：6.39m；

11）7F、8F上游調(diào)壓井水位波動從00：00調(diào)整320MW負(fù)荷完畢起至00：15止，完全穩(wěn)定時間約50分鐘；

8F減負(fù)荷過程的水頭波動曲線如圖2所示；

2.3 同一水力單元的另一機(jī)組及其他機(jī)組負(fù)荷波動數(shù)據(jù)

8F負(fù)荷調(diào)整過程中，其他機(jī)組功率調(diào)整偏差數(shù)據(jù)如表所示：

3、數(shù)據(jù)分析

3.1 負(fù)荷調(diào)整過程分析

1）調(diào)壓井水位波形振蕩周期T=9.6min；

2）本水力單元波動后經(jīng)過17.5公里的長引水隧洞再次返回時間T1=24min≈2.5T，隨之與本水力單元上游調(diào)壓井水力波成負(fù)疊加，呈削弱趨勢，對其水力單元上游調(diào)壓井水力波形成正疊加，呈增大趨勢；

3）增負(fù)荷過程中，7F、8F水力單元經(jīng)過5個衰減周期及2.5個負(fù)疊加周期后振幅=14.4m-（5x2m+2.5x0.8m）=2m，完全穩(wěn)定時間T2=5T≈48min；負(fù)荷調(diào)整正偏差5.5MW，負(fù)偏差-4.8MW。

4）減負(fù)荷過程中，輔助8F快速跨越振動區(qū)，其他水力單元機(jī)組基本上在3min內(nèi)間隔增加負(fù)荷，因此其他水力單元上游調(diào)壓井水位曲線波形一致，且與7F、8F水力單元波形相反；

5）同一水力單元負(fù)荷調(diào)整幅度是調(diào)壓井水位波動振幅大小的主導(dǎo)因素；水力單元間隔越遠(yuǎn)，調(diào)壓井水位波動疊加影響越??；

6）減負(fù)荷過程中，7F、8F水力單元經(jīng)過4個衰減周期及1.5個負(fù)疊加周期后振幅完全穩(wěn)定時間T2=4T≈38min；負(fù)荷調(diào)整平均正偏差3.8MW，負(fù)偏差-2.2MW。

7）增加負(fù)荷比減小負(fù)荷對同一水力單元上游調(diào)壓井水位波動影響要大的多；同一水力單元內(nèi)機(jī)組負(fù)荷增量一致，上游調(diào)壓井水位波動相對較小。

綜上所述：8F在 15min內(nèi)增加320MW負(fù)荷時，上游調(diào)壓井水位波動時間大致為48min，負(fù)荷波動10MW左右； 15min內(nèi)減少300MW時，上游調(diào)壓井水位波動時間大致為38min，負(fù)荷波動6MW左右；其他均可忽略不計。

簡化后7F、8F水力單元上游調(diào)壓井水位波動疊加曲線如圖3所示。

系列1：本身負(fù)荷調(diào)節(jié)引起的主導(dǎo)波動效應(yīng)；系列2：經(jīng)過17.5

公里的長引水隧洞再次返回引起的疊加波動效應(yīng)

3.2 結(jié)論延伸

15min內(nèi)8F從開機(jī)至帶負(fù)荷600MW時，上游調(diào)壓井水位波動時間可能超過96min，波動振幅可能超過30m，負(fù)荷波動可能超過10MW。為此，負(fù)荷調(diào)整需要結(jié)合調(diào)壓井水位波動特性進(jìn)行合理的分配和安排，以期到達(dá)優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)。

4、運(yùn)行建議

4.1 抑制上游調(diào)壓井水位波動的四大原則

1）延長負(fù)荷調(diào)節(jié)時間，靠自身衰減抑制水位波動；

2）多臺機(jī)組配合調(diào)整，降低自身主導(dǎo)疊加效應(yīng)；

3）水位上升時，增加負(fù)荷，水位下降時，減少負(fù)荷，利用操作削峰填谷；

4）避免同一水力單元機(jī)組同增、同減負(fù)荷操作，且盡量保證調(diào)整幅度一致，以降低水錘效應(yīng)。

4.2 具體應(yīng)用

1）有功出力升降大于600MW時，應(yīng)利用多臺機(jī)組配合調(diào)節(jié)負(fù)荷，延長同一水力單元機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)時間的同時降低自身主導(dǎo)疊加效應(yīng)來限制調(diào)壓井水位波動；

2）在滿足負(fù)荷調(diào)整爬坡率及快速跨越振動區(qū)要求的前提下應(yīng)盡量控制調(diào)壓井水位波動最小，在時間允許的情況下，避免同一水力單元機(jī)組同時增減負(fù)荷操作，且盡量滿足調(diào)整幅度一致；

3）在負(fù)荷調(diào)整將要到位時，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)組出力監(jiān)視，防止因負(fù)荷調(diào)整方向一致原因?qū)е聶C(jī)組有功實(shí)測值波動方向一致，最終導(dǎo)致機(jī)組正負(fù)偏差超過國調(diào)報警設(shè)定值±30MW，因此需要實(shí)時進(jìn)行小負(fù)荷調(diào)整。

4）一臺機(jī)組甩負(fù)荷后，避免立即增加同一水力單元負(fù)荷，若時間條件允許，最好等待45分鐘或利用其他并網(wǎng)機(jī)組配合調(diào)整。

5）全廠4臺機(jī)組及以下并網(wǎng)運(yùn)行時，避免安排同一水力單元內(nèi)兩臺機(jī)組運(yùn)行，以免故障或安控同時切除；

6）全廠5臺機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時，同一水力單元運(yùn)行的兩臺機(jī)組安排一臺為保留機(jī)組。

5、結(jié)束語

本文主要結(jié)合廠站實(shí)際情況，著重于對長引水隧洞、一洞雙機(jī)固有的水力結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)出的獨(dú)特水力特性進(jìn)行分析，排除調(diào)速器、差壓式上游調(diào)壓井設(shè)備固有性能的影響，采用水力特性分析、實(shí)例驗(yàn)證等手段進(jìn)行研究分析，并提出能有效防止水力、負(fù)荷波動的措施，以期進(jìn)一步提高設(shè)備可靠運(yùn)行，為優(yōu)化運(yùn)行提供參考。

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