水電站過渡過程大波動(dòng)計(jì)算工況分析

喀麥隆曼維萊水電站引水系統(tǒng)主要由輸水渠道、前池、壓力管道、水輪機(jī)和尾水管等主要建筑物組成,其水力特性復(fù)雜,涉及渠道流的水面線和瞬交流計(jì)算分析,以及有壓管流的瞬變流計(jì)算分析.通過對(duì)該電站大波動(dòng)過渡過程進(jìn)行模擬分析,為工程設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)以及切實(shí)可行的控制和保護(hù)措施,確保曼維萊水電站的安全、經(jīng)濟(jì)與穩(wěn)定運(yùn)行.

本文針對(duì)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(duì)比,驗(yàn)證二者之間的一致性,這種模擬和對(duì)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。

結(jié)合某電站工程實(shí)際案例,在設(shè)置減壓閥與否的情況下,分別計(jì)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(duì)比計(jì)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。

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。

清江水布埡水利樞紐是清江干流梯級(jí)開發(fā)最上一級(jí)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(jì)階段,在對(duì)電站機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的大波動(dòng)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(shí)間,并對(duì)水輪機(jī)安裝高程進(jìn)行了優(yōu)化。

對(duì)南告水電廠擴(kuò)機(jī)前、后大波動(dòng)過渡過程進(jìn)行計(jì)算、分析和對(duì)比,明確電廠鋼管開口擴(kuò)機(jī)后對(duì)原有引水系統(tǒng)的影響程度,為南告水電廠的鋼管開口引水?dāng)U機(jī)的方案提供必要的理論依據(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(duì)小波動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。

吉林臺(tái)二級(jí)水電站因引水發(fā)電系統(tǒng)較長,并設(shè)有調(diào)壓井。在對(duì)水電站機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)的大、小波動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析和優(yōu)化的基礎(chǔ)上,選擇合理的調(diào)壓井體型尺寸、輸水系統(tǒng)洞徑及機(jī)組gd2,并確定合理的水輪機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律及關(guān)閉時(shí)間。

文中通過對(duì)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。

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(duì)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。

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(duì)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(duì)比，討論了氣墊式調(diào)壓室對(duì)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(duì)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。

針對(duì)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。

在對(duì)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(duì)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(shì),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.

針對(duì)國內(nèi)外規(guī)范對(duì)導(dǎo)葉開啟時(shí)間的不同規(guī)定,結(jié)合理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算實(shí)例,分析了不同的導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)水電站過渡過程的影響。實(shí)例研究結(jié)果表明,大波動(dòng)過渡過程中的蝸殼動(dòng)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(shí)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(huì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的增負(fù)荷時(shí)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(yùn)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(yùn)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(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。

利用相關(guān)程序,對(duì)四川毛爾蓋水電站進(jìn)行了水力過渡過程計(jì)算。通過對(duì)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。

水利學(xué)報(bào) 2005年1月shuilixuebao第1期 1 文章編號(hào):0559-9350(2005)01-0120-05 導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430072) 摘要：針對(duì)國內(nèi)外規(guī)范對(duì)導(dǎo)葉開啟時(shí)間的不同規(guī)定，結(jié)合理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算實(shí)例，分析了不同的導(dǎo)葉開啟時(shí)間對(duì) 水電站過渡過程的影響。實(shí)例研究結(jié)果表明，大波動(dòng)過渡過程中的蝸殼動(dòng)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(shí)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(huì)標(biāo)準(zhǔn)推薦 的增負(fù)荷時(shí)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(yùn)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(yùn)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(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求。 關(guān)鍵詞：

為保證電站安全穩(wěn)定運(yùn)行,通過對(duì)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(duì)機(jī)組水力過渡過程進(jìn)行大波動(dòng)、小波動(dòng)分析計(jì)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)。

在水電站的運(yùn)行中總伴隨著水力過渡過程,對(duì)電站進(jìn)行過渡過程分析與計(jì)算相當(dāng)重要。本文介紹了當(dāng)今先進(jìn)的科學(xué)計(jì)算軟件matlab的特點(diǎn),并利用該軟件對(duì)紫坪鋪水電站的水力過渡過程從數(shù)學(xué)模型、計(jì)算仿真等方面進(jìn)行了分析、計(jì)算與研究,以便尋求合適的電站運(yùn)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(jì)優(yōu)化、安全運(yùn)行提供依據(jù)。

以有壓管道非恒定流微分方程組為基礎(chǔ),結(jié)合碗牛壩水電站具體邊界條件,建立了基于特征線法的描述水電站突甩負(fù)荷過渡過程的數(shù)值模型,全面細(xì)致地模擬出了該電站突甩負(fù)荷過渡過程中任一時(shí)刻壓力管道任一斷面各水力要素和機(jī)組各工況參數(shù)的瞬變規(guī)律,為該電站的設(shè)計(jì)及安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)依據(jù),對(duì)類似工程也有一定的參考價(jià)值。

角木塘水電站位于貴州省道真縣,電站裝機(jī)容量2×35mw。電站為低水頭河床式徑流電站,引水系統(tǒng)短,機(jī)組采用軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。對(duì)于軸流式機(jī)組而言,由于機(jī)組水推力過大,電站甩負(fù)荷時(shí)往往容易造成\"抬機(jī)\"現(xiàn)象,對(duì)機(jī)組造成破壞,因此,水力過渡過程計(jì)算除了控制好蝸殼壓力升高、機(jī)組轉(zhuǎn)速上升、尾水管真空度以外,還要重點(diǎn)關(guān)注水推力的影響。

本文通過對(duì)樂昌峽水電站進(jìn)行過渡過程計(jì)算與分析,提出了一系列優(yōu)化方案,總結(jié)了常規(guī)電站尾水系統(tǒng)過渡過程的計(jì)算經(jīng)驗(yàn),為同類工程提供借鑒。

水電站的水力過渡過程計(jì)算是一個(gè)需要理論計(jì)算、試驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)行相互結(jié)合、相互印證和相互探索的復(fù)雜課題;以兩個(gè)典型水電站(引水系統(tǒng)有調(diào)壓井和無調(diào)壓井)的現(xiàn)場甩負(fù)荷為試驗(yàn)條邊界件,對(duì)理論計(jì)算成果進(jìn)行驗(yàn)算,得出理論計(jì)算成果的正確性。