氣墊調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,同時還導出了水輪機的線性模型和非線性模型?；趬毫艿篮退啓C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,并對結果進行了分析。

針對國內外規(guī)范對導葉開啟時間的不同規(guī)定,結合理論推導和數(shù)值計算實例,分析了不同的導葉開啟時間對水電站過渡過程的影響。實例研究結果表明,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壓室阻抗孔口壓差等參數(shù)均隨導葉開啟時間變化而變化。通過研究得到如下結論:國際電工技術委員會標準推薦的增負荷時間30～40s是合理的;在并入小網(wǎng)的水力干擾過渡過程中,需要將運行機組最大初始開度限制在最大臨界開度之內,才能保證運行機組轉速收斂于額定轉速,以滿足發(fā)電機和電網(wǎng)對調節(jié)系統(tǒng)的要求。

水利學報 2005年1月shuilixuebao第1期 1 文章編號:0559-9350(2005)01-0120-05 導葉開啟時間對水電站過渡過程的影響 王丹，楊建東，高志芹 (武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北武漢430072) 摘要：針對國內外規(guī)范對導葉開啟時間的不同規(guī)定，結合理論推導和數(shù)值計算實例，分析了不同的導葉開啟時間對 水電站過渡過程的影響。實例研究結果表明，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 壓室阻抗孔口壓差等參數(shù)均隨導葉開啟時間變化而變化。通過研究得到如下結論：國際電工技術委員會標準推薦 的增負荷時間30～40s是合理的；在并入小網(wǎng)的水力干擾過渡過程中，需要將運行機組最大初始開度限制在最大臨 界開度之內，才能保證運行機組轉速收斂于額定轉速，以滿足發(fā)電機和電網(wǎng)對調節(jié)系統(tǒng)的要求。 關鍵詞：

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

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

文中通過對宏發(fā)水電站進行水力過渡過程計算,為突破調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行水力過渡過程計算時,通過對不同的運行組合工況進行分析,選取了適合該電站的工況進行計算。通過計算,推薦采用導葉兩段關閉的關機規(guī)律,計算結果滿足規(guī)范要求。電站施工后,引水系統(tǒng)參數(shù)略有調整,根據(jù)調整后的數(shù)據(jù),按照電站運行后的甩負荷試驗數(shù)據(jù)及關閉規(guī)律,對水力過渡過程計算進行驗算,其結果基本與實際情況吻合。

國內外已建的氣墊調壓室都是利用經過處理的圍巖自身或再輔以在其周邊設置的水幕來防止氣室漏氣。但據(jù)國內外的工程實踐,即使對巖體采取了復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、調壓室運行可靠的目標。鋼罩式氣墊調壓室在金康電站的成功應用,將對引水式電站具有較大的推廣價值。

結合某電站工程實際案例,在設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組轉速升高值。通過對比計算結果得到,設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組轉速升高值超過安全標準的問題。

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課題實際經驗,系統(tǒng)地闡述計算分析中的目標參數(shù)、約束條件、相關資料和擬定計算工況的基本原則,以滿足工程設計和科學研究的需要。

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

在考慮氣體可壓縮性的基礎上,建立了地下式水電站調壓室交通洞過渡過程中的氣體運動數(shù)學模型,依據(jù)氣體管道瞬變流的特征線法,提出了風速模擬的方法并編制了完整的模擬程序,通過與試驗結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理。結果表明:對于地下式水電站調壓室交通洞在過渡過程中的風速的模擬,考慮氣體可壓縮性是必要的。交通洞斷面的風速波動過程由低頻質量波(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)水力計算的主要內容和根本實質就是計算調壓室的大、小波動及水力干擾過渡過程,以確定調壓室的斷面結構,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)此計算方法結合渡口壩電站工程實例優(yōu)化了調壓室的設計方案。

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。電站具有多年調節(jié)性能,建成后將在華中電網(wǎng)中承擔調峰、調頻和補償調節(jié)任務。可研階段,機組調節(jié)保證值接近規(guī)范規(guī)定值的上限,招標設計階段,在對電站機組調節(jié)系統(tǒng)的大波動穩(wěn)定性進行了分析和優(yōu)化的基礎上,選擇了合理的水輪機和導葉接力器的關閉規(guī)律以及關閉時間,并對水輪機安裝高程進行了優(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容,并用多個水工模型試驗測量的調壓室水位、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技術得到了調壓室內的水流流態(tài)、三維流速分布以及調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、機組最大飛車轉速以及它們的變化過程線,引水隧洞最大/最小內水壓力包絡線、小波動和水力干擾下的發(fā)電頻率擺動、機組穩(wěn)定性分析等成果,為工程設計提供了重要依據(jù)。

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

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

文中通過對宏發(fā)水電站進行水力過渡過程計算,為突破調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,對水輪機典型工況甩負荷水力過渡過程進行了數(shù)字仿真。建立了串聯(lián)管連結處瞬變流計算數(shù)學模型,采用三維空間曲面的形式對水輪機特性進行描述和插值,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、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系到輸水系統(tǒng)的優(yōu)化設計和水電站的安全運行及供電的質量。文章介紹了水力機械過渡過程的主要類型與基本特征,分析了水輪機過渡過程的技術經濟意義,闡述了水力機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,對電站進行過渡過程分析與計算相當重要。本文介紹了當今先進的科學計算軟件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)學模型、計算仿真等方面進行了分析、計算與研究,以便尋求合適的電站運行方式、機組關閉規(guī)律等。為電站及引水系統(tǒng)設計優(yōu)化、安全運行提供依據(jù)。