含MGV装置的可逆机组甩负荷过渡过程计算研究.pdf

含MGV装置的可逆机组甩负荷过渡过程计算研究 刘德有1孙华平2游光华2孔令华2 (1．河海大学，2．华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司) 摘要：导叶不同步装置(简称：MGV装置)是为了解决高水头抽水蓄能电站可逆机组在发电工况可能出现的并网 困难和空载运行不稳定问题而研制的专门装置。本文简要介绍了该装置的基本原理和工作特性，提出了按 “并联过流的、同轴同特性的双转轮可逆机组”模拟的思路，建立了含MGV装置的可逆机组甩负荷过渡 过程计算数学模型．通过对计算结果与真机试验实测结果的对比分析，验证了该数学模型的正确性，证实 了MGV装置在机组甩负荷过渡过程中所发挥的良好作用。 关键词：天荒坪抽水蓄能电站导叶不同步装置预开导叶全特性曲线过渡过程 1概述 GuideVanes，简称MGV)装置是在常规导叶控制机构中加装的可使少 导叶不同步(Misaligned 数(常为在圆周上对称分布的2片或4片)导叶产生附加启闭动作的装置。该少数导叶既受常规导叶 控制机构的控制，又受MGV装置的控制，因此它们与其它导叶的动作是不同步的，故称之为“不同 步导叶”。MGV装置最初是为了解决高水头抽水蓄能电站可逆机组在发电工况可能出现的并网困难 和空载运行不稳定问题而研制的Il‘2j。因为高水头抽水蓄能电站的低比转速水泵水轮机全特性曲线 在水轮机工况区内(特别是在导叶小开度时)存在明显的“s型”特征，当这种机组的空载附近工 况点正好落在“s型”区域时，即会出现并网困难和空载运行不稳定问题。为此，人们提出了将少 数导叶预开到一定开度然后再开启其它导叶的“预开导叶法”，这样既可使机组的原“s型”特征 得到改善，又可使机组空载附近工况点避开“s型”区域，从而实现机组的正常并网和空载稳定运 行。这种方法在卢森堡的Vianden抽水蓄能电站、比利时COOl3抽水蓄能电站和我国天荒坪抽水蓄能 电站得到了成功应用，缩短了机组并网时间、提高了空载运行稳定性，同时，减小了工况转换期间 的能量消耗，提高了旋转备用的可靠性，由调相转发电及关机时的运行控制条件也得到明显改善【l一 ”。挪威KVAERNER公司于1999年将“预开导叶法”应用于天荒坪抽水蓄能电站机组，并首次将该 方法的执行机构称之为MGv装置。 由于设置MGV装置的最初目的是提高机组在导叶小开度发电工况的稳定性，考虑到导叶不同步 会使机组效率有所降低，因此当机组在导叶较大开度正常发电运行时，应将MGV装置退出，使得所 有导叶进入同步工作状态。但经天荒坪抽水蓄能电站的机组甩负荷真机试验知，在机组甩负荷时， 投入MGv装置可有效降低蜗壳进口的摄大水锤压力值，其效果与投入的方式有关，也与机组甩前的 稳定运行工况参数有关。据挪威KVAERNER公司估计，投入MGV装置可使天荒坪机组甩负荷工况 的蜗壳进口最大压力降低25—30mH20，但未能提出含MGV装置的可逆机组过渡过程计算方法，因 此，无法预测和比较分析在各种甩负荷工况下，不同MGv装置投入方式的性能效果差异。为此，文 献【5]提出了将MGV装置对少数导叶的预开开度折算为全部导叶的“附加开度”的处理方法，并进行 了有关计算和理论分析。但由于机组流量、力矩等性能参数与导叶开度是非线性关系，因此该“附 加开度”处理方法用于机组不同甩负荷工况的过渡过程计算时，可能存在较大的计算误差。文献[6】 定性介绍了MGV装置的模拟计算方法，但未给出其具体数学模型。目前，国内外尚未见该问题的其 它计算方法的正式报道。本文建立了含MGV装置的可逆机组过渡过程计算数学模型，并利用天荒坪 机组的真机甩负荷试验结果，验证了该数学模型的正确性，论证分析了投入MGv装置对天荒坪机组 甩负荷过渡过程的影响关系。 2计算数学模型 133 对于含MGV装置可逆机组的动态特性模拟，作者曾探讨了多种数学模型，最后经计算结果与真 机实测结果的验证对比分析，提出：按“并联过流的、同轴同特性的双转轮可逆机组”模拟的计算 方法。其对应数学模型的关键是解决2个“并联过流、同轴同特性”转轮的瞬态参数组合计算的问题。 这2个同轴“模拟转轮”在过渡过程中的差异体现在：①正常动作的导叶的个数不同；②动作导叶的 启闭规律及其控制方式不同。 2．1机组上下游管道边界节点的特征相容方程 设：机组上、下游管道边界节点(亦即机组进、出