南告水電廠擴(kuò)機(jī)前后大波動(dòng)過渡過程分析

本文針對南方某大型水電站,進(jìn)行水力機(jī)組甩負(fù)荷大波動(dòng)過渡過程模擬。在計(jì)算軟件matlab的支持下,模擬出了壓力變化曲線和轉(zhuǎn)速變化曲線,繼而得出引水系統(tǒng)最大壓力升高和蝸殼末端最大轉(zhuǎn)速升高。通過電站實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果之間的對比,驗(yàn)證二者之間的一致性,這種模擬和對比結(jié)果也可以為同類型水電站的調(diào)節(jié)保證計(jì)算和穩(wěn)定性分析提供一定的參考。

在水電站過渡過程計(jì)算分析中,首要也最難確定的是計(jì)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(shí)際經(jīng)驗(yàn),系統(tǒng)地闡述計(jì)算分析中的目標(biāo)參數(shù)、約束條件、相關(guān)資料和擬定計(jì)算工況的基本原則,以滿足工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究的需要。

針對單噴嘴沖擊式水輪機(jī),在已成熟的混流式水輪機(jī)水電站過渡過程計(jì)算理論的基礎(chǔ)上,引入折向器的調(diào)節(jié)因素,提出了依據(jù)出力求解大波動(dòng)過渡過程求解的方法,并以一個(gè)工程實(shí)例為依托,通過計(jì)算驗(yàn)證了折向器方程及兩種大波動(dòng)計(jì)算方法的合理可靠性。

超長引水隧洞水電站設(shè)置氣墊式調(diào)壓室可以有效抑制過渡過程中調(diào)壓室涌浪振幅，但蝸殼壓力的變化規(guī)律也因氣墊式調(diào)壓室的影響變得更為復(fù)雜。本文通過數(shù)值計(jì)算方法，分析了設(shè)氣墊式調(diào)壓室超長引水隧洞水電站大波動(dòng)過渡過程中，導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間、引水隧洞水流慣性、壓力管道水流慣性及調(diào)壓室參數(shù)∥等因素對蝸殼最大動(dòng)水壓力的影響；并與常規(guī)調(diào)壓室進(jìn)行對比，討論了氣墊式調(diào)壓室對超長引水隧洞水電站甩負(fù)荷過渡過程中反射水擊波特性的作用。結(jié)果表明：氣墊式調(diào)壓室對水擊波的反射效果不如常規(guī)調(diào)壓室，且氣墊和涌浪壓力之和最大值大于常規(guī)凋壓室最大水壓力，更容易發(fā)生蝸殼最大動(dòng)水壓力，此壓力由調(diào)壓室壓力極值決定、不受導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律控制的影響。

在對水力瞬變過渡過程歷史背景簡要回顧的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)介紹了水電站大波動(dòng)過渡過程問題的研究現(xiàn)狀,對其基礎(chǔ)理論、計(jì)算方法、實(shí)驗(yàn)研究、模擬計(jì)算機(jī)方法等做了較為詳細(xì)的介紹.特征線方法以其計(jì)算方便、能適應(yīng)不同的邊界條件等優(yōu)點(diǎn)在水電站過渡過程計(jì)算中應(yīng)用最為廣泛.最后簡要介紹了目前瞬變流問題研究的發(fā)展趨勢,包括非棱柱體管道中的水擊、二維或三維管流場的數(shù)值模擬方法、一維有限元模擬管道瞬變流、lb方法在模擬水電站水擊中的應(yīng)用等.

該文介紹了具有長引水隧洞電站調(diào)壓室組合涌波計(jì)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

本文介紹了涔天河水電站大波動(dòng)水力過渡過程電算的工況選擇及計(jì)算成果,分析并確定水力過渡過程計(jì)算控制值和設(shè)計(jì)值。工況選擇時(shí)涵蓋全水頭范圍運(yùn)行,并需要與實(shí)際運(yùn)行工況相近,了解典型工況規(guī)律,以便利用典型工況快速進(jìn)行洞徑比選、機(jī)組飛輪力矩敏感性分析及導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律優(yōu)化等。

采用數(shù)值計(jì)算的方法深入分析了某水電廠7,9號(hào)機(jī)組存在的水力干擾現(xiàn)象,分析了影響水力干擾的各個(gè)因素,優(yōu)化了運(yùn)行方式,指導(dǎo)了水電廠的安全運(yùn)行.

為了減小水電站輸水系統(tǒng)過渡過程中產(chǎn)生的水錘壓力,常常會(huì)在輸水系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)壓室。通過基于不考慮水體彈性的理論推導(dǎo)以及考慮水體彈性的數(shù)值模擬,對無調(diào)壓室及有調(diào)壓室兩種方案下輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過渡過程進(jìn)行比較分析,以便較為全面地對設(shè)置調(diào)壓室或不設(shè)置調(diào)壓室是否會(huì)對水電站輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過渡過程產(chǎn)生影響展開研究。研究結(jié)果表明:在相同布置條件下,無調(diào)壓室及有調(diào)壓室兩種方案的輸水系統(tǒng)的小波動(dòng)過渡過程均是穩(wěn)定的；設(shè)置有調(diào)壓室的輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過渡過程要優(yōu)于未設(shè)置調(diào)壓室的輸水系統(tǒng)小波動(dòng)的過渡過程。從研究結(jié)果來看,設(shè)置調(diào)壓室對水電站輸水系統(tǒng)的小波動(dòng)過渡過程具有改善作用。

結(jié)合錦屏二級水電站工程實(shí)例,通過數(shù)值計(jì)算分析長引水隧洞水電站小波動(dòng)穩(wěn)定性影響因素。研究了機(jī)組空載時(shí)的小波動(dòng)穩(wěn)定性,以及阻抗式調(diào)壓室阻抗孔面積、阻抗孔損失系數(shù)和引水系統(tǒng)糙率對于小波動(dòng)穩(wěn)定的影響。研究結(jié)果表明:空載時(shí)小波動(dòng)穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求;減小阻抗孔面積對于提高小波動(dòng)穩(wěn)定性十分有效:小波動(dòng)穩(wěn)定性對于阻抗損失系數(shù)敏感性較低;引水隧洞糙率對于小波動(dòng)穩(wěn)定性有較明顯影響,需慎重選擇引水管線方案。

為確定對小波動(dòng)穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)品質(zhì)最不利的工況,通過穩(wěn)定域和數(shù)值計(jì)算分析小波動(dòng)過渡過程最不利工況即控制工況的選取,研究了工況點(diǎn)的兩個(gè)主要信息即工況點(diǎn)的負(fù)荷擾動(dòng)以及工作水頭對小波動(dòng)穩(wěn)定性的影響。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明,減負(fù)荷擾動(dòng)越小,衰減度越小,調(diào)節(jié)品質(zhì)越差;最小水頭至額定水頭之間的工況點(diǎn)的穩(wěn)定性較額定水頭至最大水頭之間工況點(diǎn)的穩(wěn)定性差,因而控制工況應(yīng)該在最小水頭至額定水頭之間選擇,對于低比轉(zhuǎn)速水輪機(jī),最小水頭工況往往成為控制工況。

根據(jù)東風(fēng)水電站的設(shè)計(jì)方案,對其水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了大小波動(dòng)過渡過程的數(shù)值分析,通過數(shù)學(xué)模型的建立、有關(guān)參數(shù)的確定及計(jì)算程序的編制,所得結(jié)論與模型試驗(yàn)結(jié)果一致。

針對躍龍潛水電排站點(diǎn)新型結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立了相應(yīng)的拍門及簡單調(diào)壓塔邊界條件的數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用特征線法對潛水電泵系統(tǒng)進(jìn)行了停泵水力過渡過程分析,結(jié)果表明泵站選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,運(yùn)行可靠安全。

文中通過對宏發(fā)水電站進(jìn)行水力過渡過程計(jì)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(shí),保證電站的安全運(yùn)行。

南告水電廠在進(jìn)行了充分的可行性研究的基礎(chǔ)上，以不改動(dòng)原有水輪機(jī)各種結(jié)構(gòu)和尺寸為條件，利用科技進(jìn)步成果，對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了更換改造，不僅提高了水輪機(jī)的效率，也為今后機(jī)組增容打下了良好的基礎(chǔ)。

為研究對不同工況下，洛馬烏（lomaum）電站帶孤網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的小波動(dòng)過渡過程和穩(wěn)定性，采用當(dāng)永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)6盧為零時(shí)，調(diào)速器（pie）調(diào)節(jié)器和電液隨動(dòng)系統(tǒng)）傳遞函數(shù)為數(shù)學(xué)模型，采用遍歷法對調(diào)速器的參數(shù)優(yōu)化計(jì)算。結(jié)果表明所研究方案的調(diào)節(jié)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在五臺(tái)機(jī)組同時(shí)帶大孤負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性較差；在部分機(jī)組帶孤負(fù)荷和機(jī)組空載時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。

基于工況擬定的目的,以及常規(guī)供水方式水電站工況擬定的一般原則,通過對二個(gè)水庫并聯(lián)供水方式水電站的特殊性的研究,得出了擬定二水庫并聯(lián)供水方式水電站大波動(dòng)水力過渡過程工況的程序和方法。

針對云南某水電站,在優(yōu)化導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律的基礎(chǔ)上,對兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組在額定水頭、額定出力、全部甩負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的大波動(dòng)過渡過程進(jìn)行了計(jì)算.通過建立數(shù)學(xué)模型,采用特征線法,運(yùn)用matlab/simulink軟件對機(jī)組大波動(dòng)過渡過程進(jìn)行了模擬仿真,計(jì)算結(jié)果基本是可行的.研究為該水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考,同時(shí)為同類型電站在設(shè)計(jì)施工時(shí)計(jì)算大波動(dòng)過渡過程提供了依據(jù).

介紹了水電站過渡過程控制中小波動(dòng)的數(shù)學(xué)模型,主要對小波動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。

超長引水隧洞水電站水流慣性巨大,導(dǎo)致調(diào)壓室水位波動(dòng)周期長、振幅大、衰減慢,孤網(wǎng)條件下,采用pi或pid調(diào)節(jié),超長引水隧洞水電站的小波動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)較差,衰減較慢,常常需要增大調(diào)壓室穩(wěn)定斷面面積來改善調(diào)節(jié)品質(zhì),工程代價(jià)較大。實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行條件下水電站的小波動(dòng)過渡過程的穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì),尚未見過這方面的研究報(bào)導(dǎo),本文通過matlab軟件中的simulink及simpowersystems工具箱構(gòu)建超長引水隧洞水電站單機(jī)無窮大網(wǎng)的詳細(xì)電力系統(tǒng)仿真模型,研究無窮大網(wǎng)條件下帶超長引水隧洞水電站小波動(dòng)穩(wěn)定性及調(diào)節(jié)品質(zhì),為該類水電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行控制提供參考和依據(jù)。

冗各水電站在施工階段進(jìn)行水力過渡過程計(jì)算時(shí),通過對不同的運(yùn)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(jì)算.通過計(jì)算,推薦采用導(dǎo)葉兩段關(guān)閉的關(guān)機(jī)規(guī)律,計(jì)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(yùn)行后的甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及關(guān)閉規(guī)律,對水力過渡過程計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算,其結(jié)果基本與實(shí)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(jì)算。通過對導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、調(diào)壓室波動(dòng)計(jì)算、大波動(dòng)過渡過程計(jì)算、小波動(dòng)計(jì)算以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定分析,驗(yàn)證了該電站引水發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理、可行的。