导叶开启时间对水电站过渡过程的影响研讨.doc

导叶开启时间对水电站过渡过程的影响 来源：中国论文下载中心????[ 06-02-17 15:29:00 ]????作者：王丹 杨建东 高志芹????编辑：studa9ngns 摘要：针对国内外规范对导叶开启时间的不同规定，结合理论推导和数值计算实例，分析了不同的导叶开启时间对水电站过渡过程的影响。实例研究结果表明，大波动过渡过程中的蜗壳动水压力、沿管道轴线的压力分布以及调压室阻抗孔口压差等参数均随导叶开启时间变化而变化。通过研究得到如下结论：国际电工技术委员会标准推荐的增负荷时间30～40s是合理的；在并入小网的水力干扰过渡过程中，需要将运行机组最大初始开度限制在最大临界开度之内，才能保证运行机组转速收敛于额定转速，以满足发电机和电网对调节系统的要求。 关键词：过渡过程 导叶开启时间 数值计算 临界时间 在水电站运行中，从空载增至全负荷的导叶开启时间，国内外规范有不同的规定：文献[1]中对调节系统的要求：导叶开度的全行程动作时间应符合设计规范，一般为10～40s。国际电工技术委员会IEC(International Electrotechnical Commission)标准[2]则规定开启时间为20～80s，推荐值30～40s。上述规程标准给出的取值范围虽有重叠部分，但整体范围并不一致，而导叶开启时间的取值问题一直未进行深入的研究。本文将结合两机一洞常规水电站和抽水蓄能水电站两个代表性实例，探讨不同的导叶开启时间对水电站过渡过程的影响，寻找恰当的开启时间（直线开启规律），以满足发电机和电网对调节系统的要求。 1导叶开启时间对过渡过程的影响 水电站过渡过程涉及到大波动、小波动和水力干扰过渡过程三个方面。而在小波动过渡过程中，调速器将自动跟踪，机组不受导叶开启时间长短的影响。因此本文仅讨论导叶开启时间对大波动和水力干扰过渡过程的影响。 1.1导叶开启时间对大波动过渡过程的影响 在无穷大电网条件下，增负荷，机组转速不变，调速器将不参与调节，所以增负荷时间的长短将只对机组两个调保参数（蜗壳末端动水压力、尾水管进口断面压力）、管道沿程的压力分布、调压室涌浪水位及阻抗孔口压差等产生相应的影响。文献[3]给出了粗略估算水锤压力的计算公式：，式中、分别为压力管道水流惯性加速时间常数和导叶动作时间，、为水轮机在初始和终了时的相对流量值。由上式不难看出，在机组增负荷过程中，导叶开启越快，引起的负水锤越大，蜗壳末端的最小动水压力将越小，尾水管进口的最大动水压力也将越来越大。另外，由于沿管线压力极值通常呈线性分布，所以机组上游侧沿线最小动水压力分布线的梯度和机组下游侧沿线最大动水压力线的梯度将随着导叶开启时间减短而越来越大。由文献[4]调压室基本方程式对时间微分（式中、分别表示引水管道及调压室断面积，表示管道中水流速度，为调压室水位，为水轮机引用流量，上游调压室取“＋”号，尾水调压室取“－”号），可得。从该式可知，导叶开启速度的快慢（可用大小衡量）不仅影响隧洞水流惯性的变化，而且直接影响调压室涌浪水位高低。 1.2导叶开启时间对水力干扰过渡过程的影响 在两机一洞布置方式下，若一台机组并入有限电网正常运行，另一台机组增负荷，该动作机组增负荷时间的长短必然对正常运行机组的调节品质产生影响。将水轮发电机组的运动方程： ????????????????????? （1） 经适当变换，有： ???????????????????? （2） 而 ????????????????????????? （3） 所以有： ??????????????? （4） 上式中，－机组转动惯性矩，－水轮机主动力矩和出力，－发电机阻抗力矩和出力，－机组转动角速度，－水轮机工作水头，－水轮机引用流量，－水轮机效率，－时间。 在动作机组导叶开启过程中，由于水锤作用，水轮机进口断面压力下降而出口断面压力上升，从而导致运行机组工作水头降低。在机组效率不变的条件下，为保证运行机组出力不变，其引用流量必须增大，也就是说，运行机组导叶开度将会随着动作机组导叶开启而加大。导叶开启时间越短，水锤作用越显著，工作水头降低幅度和引用流量增加的幅度也越大，因此导叶开度增加的幅度越大。在水力干扰过渡过程中，如果动作机组导叶开启太快，而此时运行机组的开度又接近某一限制开度时，调速器的开度限制机构将发挥作用，限制导叶开度不超过该限制开度，从而限制了流量的进一步增加。同时，发电机的阻力矩维持不变，于是式（4）不能保持平衡，右边小于零，运行机组的转速未达到额定值就开始下降，此后将以小于额定值的某一值为轴作摆动。该差值若超过有差调节的调差率，即0～8％[5]，则难以满足电网对调节系统稳定性的要求。 ?2实例 本文选取了设有尾水调压室的常规水电站和设有上游调压室的抽水蓄能水电站作为计算实例，两者均为两机一