五里峽水電站水輪機調(diào)節(jié)保證計算分析

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、裝機組合及規(guī)范指標(biāo)要求，對過渡過程調(diào)節(jié)特性進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)節(jié)保證計算，獲得了水輪機在額定水頭和最大水頭下的100%丟棄負(fù)荷條件下的機組轉(zhuǎn)速和壓力上升率。計算成果表明：機組導(dǎo)葉關(guān)閉時間設(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)定運行。

關(guān)鍵詞：水輪機；調(diào)節(jié)保證；五里峽水電站

中圖分類號：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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)保證計算是農(nóng)村小水電增效擴(kuò)容改造工程中機組選型的重要研究內(nèi)容。通過合理計算分析可以揭示水輪機在大小波動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轉(zhuǎn)特性[1]。詳細(xì)調(diào)節(jié)保證計算可以讓設(shè)計人員準(zhǔn)確掌握水輪機導(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)合計算結(jié)果合理設(shè)置關(guān)閉時間，以改善機組過渡過程特性，確保機組安全穩(wěn)定地運行。

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。改造總裝機容量3 650kW（800kW+1 250kW+1 600kW），電站設(shè)計凈水頭71.2m，設(shè)計引用流量6.25m3/s，年利用小時數(shù)5 130h，年發(fā)電量1 860萬kW·h。根據(jù)《小型水電站機電設(shè)計手冊》（水力機械）中各機型水輪機的應(yīng)用范圍，選擇機型為混流式水輪機（30～700m）。根據(jù)額定水頭和單機容量，查水輪機型譜，具體選擇水輪機型號為HLA685-WJ-50（配800kW發(fā)電機）、HLA678-WJ-60（配1 250kW發(fā)電機）、HLA685-WJ-71（配1 600kW發(fā)電機）。

2 水輪機調(diào)節(jié)保證計算

2.1 計算原則

五里峽水電站為1管3機引水系統(tǒng)，由1根壓力鋼管向3臺機供水。調(diào)節(jié)保證計算遵循《水力發(fā)電廠機電設(shè)計規(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)保證計算過程

根據(jù)《水力發(fā)電廠機電設(shè)計規(guī)范》的要求，五里峽水電站調(diào)節(jié)保證計算選擇額定水頭時所有機組滿發(fā)同時甩負(fù)荷，以及最高水頭時所有機組滿發(fā)同時甩負(fù)荷兩種情況，確定大小機組水擊壓力變化。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)速上升值計算公式為：

[β=1+365N0n0GD2（2Tc+Tnf）-1] （2）

100%丟棄負(fù)荷時，不同導(dǎo)葉關(guān)閉時間對應(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)定最大水壓力相對升高值?m=0.3～0.5。丟棄100%負(fù)荷時轉(zhuǎn)速允許上升值[δmax]=0.5～0.6。

2.3 調(diào)節(jié)保證計算結(jié)果

800kW機組，轉(zhuǎn)動慣量為1.33t·m2，額定轉(zhuǎn)速為1 000r/min；1 250kW機組，轉(zhuǎn)動慣量為2.173t·m2，額定轉(zhuǎn)速為1 000r/min；1 600kW機組，轉(zhuǎn)動慣量為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)荷機組轉(zhuǎn)速和壓力上升率計算結(jié)果如表1所示。

機組關(guān)閉時間的選取原則是：在選用的關(guān)閉時間內(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，建議機組關(guān)閉時間為6s。

3 結(jié)語

水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)可靠性、準(zhǔn)確性與機組關(guān)閉規(guī)律和關(guān)閉時間有著密切聯(lián)系，其調(diào)速特性參數(shù)設(shè)置會直接影響機組調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣，甚至影響整個水電站系統(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)保證計算，五里峽水電站建議3臺水輪發(fā)電機組均按6s關(guān)閉時間進(jìn)行調(diào)速器調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置，以確保機組在大小波動環(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調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究[J].水利學(xué)報，2016（2）：189-199.

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