氣墊調(diào)壓室水力性能對水電站過渡過程影響

根據(jù)有壓管道的非恒定流方程建立了壓力管道出流和入流兩個斷面的流量-水頭壓力的傳遞函數(shù)矩陣,推出了有壓引水系統(tǒng)的彈性水擊方程和剛性水擊方程,同時還導(dǎo)出了水輪機(jī)的線性模型和非線性模型?；趬毫艿篮退啓C(jī)的模型建立了水力系統(tǒng)模型,該模型可以用于研究水力系統(tǒng)之間水力量的關(guān)系及對電站過渡過程的影響。最后對水電站幾種過渡過程進(jìn)行了仿真,比較了水力系統(tǒng)模型對過渡過程的影響,并對結(jié)果進(jìn)行了分析。

針對國內(nèi)外規(guī)范對導(dǎo)葉開啟時間的不同規(guī)定,結(jié)合理論推導(dǎo)和數(shù)值計算實例,分析了不同的導(dǎo)葉開啟時間對水電站過渡過程的影響。實例研究結(jié)果表明,大波動過渡過程中的蝸殼動水壓力、沿管道軸線的壓力分布以及調(diào)壓室阻抗孔口壓差等參數(shù)均隨導(dǎo)葉開啟時間變化而變化。通過研究得到如下結(jié)論:國際電工技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)推薦的增負(fù)荷時間30～40s是合理的;在并入小網(wǎng)的水力干擾過渡過程中,需要將運行機(jī)組最大初始開度限制在最大臨界開度之內(nèi),才能保證運行機(jī)組轉(zhuǎn)速收斂于額定轉(zhuǎn)速,以滿足發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。

水利學(xué)報 2005年1月shuilixuebao第1期 1 文章編號:0559-9350(2005)01-0120-05 導(dǎo)葉開啟時間對水電站過渡過程的影響 王丹，楊建東，高志芹 (武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點實驗室，湖北武漢430072) 摘要：針對國內(nèi)外規(guī)范對導(dǎo)葉開啟時間的不同規(guī)定，結(jié)合理論推導(dǎo)和數(shù)值計算實例，分析了不同的導(dǎo)葉開啟時間對 水電站過渡過程的影響。實例研究結(jié)果表明，大波動過渡過程中的蝸殼動水壓力、沿管道軸線的壓力分布以及調(diào) 壓室阻抗孔口壓差等參數(shù)均隨導(dǎo)葉開啟時間變化而變化。通過研究得到如下結(jié)論：國際電工技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)推薦 的增負(fù)荷時間30～40s是合理的；在并入小網(wǎng)的水力干擾過渡過程中，需要將運行機(jī)組最大初始開度限制在最大臨 界開度之內(nèi)，才能保證運行機(jī)組轉(zhuǎn)速收斂于額定轉(zhuǎn)速，以滿足發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。 關(guān)鍵詞：

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計算時,通過對不同的運行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計算.通過計算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機(jī)規(guī)律,計算結(jié)果滿足規(guī)范要求.電站施工后,引水系統(tǒng)參數(shù)略有調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù),按照電站運行后的甩負(fù)荷試驗數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對水力過渡過程計算進(jìn)行驗算,其結(jié)果基本與實際情況吻合.

利用相關(guān)程序,對四川毛爾蓋水電站進(jìn)行了水力過渡過程計算。通過對導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化計算、調(diào)壓室波動計算、大波動過渡過程計算、小波動計算以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析,驗證了該電站引水發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計是合理、可行的。

文中通過對宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計算,為突破調(diào)壓井托馬斷面提供了依據(jù),在降低施工難度,節(jié)約工程投資的同時,保證電站的安全運行。

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計算時,通過對不同的運行組合工況進(jìn)行分析,選取了適合該電站的工況進(jìn)行計算。通過計算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機(jī)規(guī)律,計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。電站施工后,引水系統(tǒng)參數(shù)略有調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的數(shù)據(jù),按照電站運行后的甩負(fù)荷試驗數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對水力過渡過程計算進(jìn)行驗算,其結(jié)果基本與實際情況吻合。

國內(nèi)外已建的氣墊調(diào)壓室都是利用經(jīng)過處理的圍巖自身或再輔以在其周邊設(shè)置的水幕來防止氣室漏氣。但據(jù)國內(nèi)外的工程實踐,即使對巖體采取了復(fù)雜而昂貴的工程處理措施,也難以確保氣室的氣密性。金康電站的地質(zhì)條件較差,氣墊室采用鋼板防止氣室漏氣,克服了氣室閉氣難的問題,實現(xiàn)了工期省、投資省、調(diào)壓室運行可靠的目標(biāo)。鋼罩式氣墊調(diào)壓室在金康電站的成功應(yīng)用,將對引水式電站具有較大的推廣價值。

結(jié)合某電站工程實際案例,在設(shè)置減壓閥與否的情況下,分別計算分析其過渡過程中蝸殼最大壓力值和機(jī)組轉(zhuǎn)速升高值。通過對比計算結(jié)果得到,設(shè)置減壓閥能有效解決該電站在過渡過程中存在的水錘壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速升高值超過安全標(biāo)準(zhǔn)的問題。

在水電站過渡過程計算分析中,首要也最難確定的是計算工況,特別是控制工況。依據(jù)水電站過渡過程基本理論與多年來相關(guān)課題實際經(jīng)驗,系統(tǒng)地闡述計算分析中的目標(biāo)參數(shù)、約束條件、相關(guān)資料和擬定計算工況的基本原則,以滿足工程設(shè)計和科學(xué)研究的需要。

對洪家渡水電站引水系統(tǒng)在設(shè)置尾水調(diào)壓室和取消尾水調(diào)壓室兩種情況下的過渡過程進(jìn)行了計算研究.計算表明,通過考慮機(jī)組特性、優(yōu)化機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律及合理整定調(diào)速器參數(shù),該水電站取消尾水調(diào)壓室的方案是可行的,其各設(shè)計參數(shù)控制值基本上能滿足設(shè)計要求.計算成果已作為該電站設(shè)計方案比較的依據(jù)之一

在考慮氣體可壓縮性的基礎(chǔ)上,建立了地下式水電站調(diào)壓室交通洞過渡過程中的氣體運動數(shù)學(xué)模型,依據(jù)氣體管道瞬變流的特征線法,提出了風(fēng)速模擬的方法并編制了完整的模擬程序,通過與試驗結(jié)果的對比驗證了所提求解方法與模擬程序的適用性與合理性。然后分析了交通洞的體型(長度、斷面積、傾角)對風(fēng)速發(fā)展、分布及波動過程的影響,并從波動疊加的角度揭示了各因素的作用機(jī)理。結(jié)果表明:對于地下式水電站調(diào)壓室交通洞在過渡過程中的風(fēng)速的模擬,考慮氣體可壓縮性是必要的。交通洞斷面的風(fēng)速波動過程由低頻質(zhì)量波(基波)與高頻彈性波(諧波)疊加而成。通氣洞長度影響諧波的振幅和周期、斷面積影響基波和諧波的振幅、傾角則僅影響諧波的振幅。

該文介紹了具有長引水隧洞電站調(diào)壓室組合涌波計算方法,并以白瀨電站為例,介紹如何選擇最不利的組合涌波疊加工況

長引水系統(tǒng)水力計算的主要內(nèi)容和根本實質(zhì)就是計算調(diào)壓室的大、小波動及水力干擾過渡過程,以確定調(diào)壓室的斷面結(jié)構(gòu),這是重點,也是難點。介紹了基于非恒定流過渡過程的計算方法,并據(jù)此計算方法結(jié)合渡口壩電站工程實例優(yōu)化了調(diào)壓室的設(shè)計方案。

清江水布埡水利樞紐是清江干流梯級開發(fā)最上一級水電樞紐工程。電站具有多年調(diào)節(jié)性能,建成后將在華中電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻和補(bǔ)償調(diào)節(jié)任務(wù)?？裳须A段,機(jī)組調(diào)節(jié)保證值接近規(guī)范規(guī)定值的上限,招標(biāo)設(shè)計階段,在對電站機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的大波動穩(wěn)定性進(jìn)行了分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)上,選擇了合理的水輪機(jī)和導(dǎo)葉接力器的關(guān)閉規(guī)律以及關(guān)閉時間,并對水輪機(jī)安裝高程進(jìn)行了優(yōu)化。

系統(tǒng)地介紹了水電站水力過渡過程數(shù)字仿真的基本理論和計算方法,過渡過程的起因和研究內(nèi)容,并用多個水工模型試驗測量的調(diào)壓室水位、管道水錘壓力及其壓力過程線資料驗證了計算方法及參數(shù)選擇的合理性。利用cfd技術(shù)得到了調(diào)壓室內(nèi)的水流流態(tài)、三維流速分布以及調(diào)壓室水位波動的動態(tài)演示。該數(shù)字模型已用于多個電站引、尾水系統(tǒng)的水力過渡過程計算,得到的調(diào)壓室最高/最低涌浪水位、蝸殼及岔管斷面最大/最小水錘壓力、機(jī)組最大飛車轉(zhuǎn)速以及它們的變化過程線,引水隧洞最大/最小內(nèi)水壓力包絡(luò)線、小波動和水力干擾下的發(fā)電頻率擺動、機(jī)組穩(wěn)定性分析等成果,為工程設(shè)計提供了重要依據(jù)。

為保證電站安全穩(wěn)定運行,通過對調(diào)壓井位置、參數(shù)以及調(diào)壓井后輸水系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整,對機(jī)組水力過渡過程進(jìn)行大波動、小波動分析計算,確定經(jīng)濟(jì)合理的電站輸水系統(tǒng)和機(jī)組方案參數(shù)。

本文介紹利用程序進(jìn)行水電站水力過渡過程計算。通過對下坂地水電站的調(diào)壓室涌波計算、調(diào)節(jié)保證計算以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析,為電站及引水系統(tǒng)的設(shè)計提供了依據(jù)。

文中通過對宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計算,為突破調(diào)壓井托馬斷面提供了依據(jù),在降低施工難度,節(jié)約工程投資的同時,保證電站的安全運行。

針對紫坪鋪水利樞紐工程水頭變幅大,工況變化多且頻繁的特點,對水輪機(jī)典型工況甩負(fù)荷水力過渡過程進(jìn)行了數(shù)字仿真。建立了串聯(lián)管連結(jié)處瞬變流計算數(shù)學(xué)模型,采用三維空間曲面的形式對水輪機(jī)特性進(jìn)行描述和插值,開發(fā)了基于windows界面的水力過渡過程數(shù)字仿真軟件。

從普遍意義上講,水電站水力過渡過程是水、機(jī)、電系統(tǒng)相互影響、相互制約的聯(lián)合過渡過程,其計算的合理與否關(guān)系到輸水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和水電站的安全運行及供電的質(zhì)量。文章介紹了水力機(jī)械過渡過程的主要類型與基本特征,分析了水輪機(jī)過渡過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義,闡述了水力機(jī)械裝置過渡過程研究的現(xiàn)狀和研究方法。

在水電站的運行中總伴隨著水力過渡過程,對電站進(jìn)行過渡過程分析與計算相當(dāng)重要。本文介紹了當(dāng)今先進(jìn)的科學(xué)計算軟件matlab的特點,并利用該軟件對紫坪鋪水電站的水力過渡過程從數(shù)學(xué)模型、計算仿真等方面進(jìn)行了分析、計算與研究,以便尋求合適的電站運行方式、機(jī)組關(guān)閉規(guī)律等。為電站及引水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化、安全運行提供依據(jù)。