亭口水库坝后电站调节保证计算分析.docx

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亭口水库坝后电站调节保证计算分析

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摘要:亭口水库坝后电站由于引水管道较长,机组甩负荷时水压上升和机组转速上升的矛盾较突出,因此采用调压阀和导叶两阶段关闭的方法来解决这一矛盾。

关键词:调节保证;调压阀;压力上升;速率上升

1.工程概况

亭口水库工程地处陕西省咸阳市长武县境内,彬长矿区中部,泾河一级支流黑河上,坝址位于黑河干流下游,距河口2km,距长武县城18km,距彬县县城15km,距西安市约180km、陇海铁路咸阳站155km、宝中铁路平凉站134km。工程建设开发的主要任务是工业及城镇生活供水,兼有减淤、发电等综合效益,属综合利用的大(二)型Ⅱ等工程。

亭口水库坝后电站为引水式电站,是利用工业及城镇供水、生态基流、水库弃水流量进行发电的小型水电站。电站通过机组进行流量调节,满足水库向下游供水的流量要求。电站总装机容量1890kW,单机容量630kW,安装3台卧轴混流式水轮发电机组。

2.调节保证计算

2.1概述

水轮机调节保证计算的宗旨,就是在机组负荷处于大波动时,调速器应该在规定的导叶关闭时间内,保证输水系统压力管道内的压力变化值和机组转速变化值在允许的范围内,以其达到电能质量最佳,输水系统建筑物和机组的造价最省。保证机组投运后,水轮机调节过程中压力和转速变化在预期的范围内,使电站安全、经济运行。

2.2调节保证计算应解决的任务

(1)给定水轮机型式、转动部分转动惯量GD2和压力输水系统特性(Tw值),选定调速器合理的调节时间和调节规律,求出最大的压力和转速变化值。

(2)在保证最大的转速变化值不超过规范规定的前提下,确定压力输水系统中的最大压力变化值。或者,根据给出的允许转速变化值和压力变化值,核算压力输水系统是否须设置调压井或调压阀。

2.3调节保证计算准则

(1)水锤压力上升值

机组甩去全负荷时蜗壳末端允许的最大压力上升率ξmax按下表考虑:

当机组装设调压阀时,ξmax≤20%。

(2)机组速率上升值

一般情况下,机组甩去全负荷最大转速上升率,不宜大于50%,对并入电力系统中运行且占系统容量20%以下的电站,机组甩去全负荷的最大转速上升率可允许50—60%。当机组装设调压阀时,βmax≤20%。

3.亭口水库坝后电站调节保证计算

3.1基本参数

分段拐点开度定于τg=13%(空载开度τ0=11%)对应接力器行程Yg=20%。

3.2调压设施的设置

输水洞主洞段总长度,根据电站机组设置调压室的运行条件,按下式判断:

3.3调压阀选型设计

3.3.1调压阀概述

水电站运行中,当水轮发电机组突然甩负荷时,调速器自动控制水轮机快速关闭导叶,压力管道内产生水压和机组转速上升。压力引水管道较长电站,改变导叶关闭时间,不能同时使压力和转速上升都控制允许范围之内。为此,通常采用设置调压井或调压阀等方法来解决压力和转速上升矛盾,保证电站安全运行。但设置调压井需要较大投资和较长工期,而有些电站限于形、质条件,还难于建造调压井,这一类中小型电站采用调压阀方案具有较明显优势。

目前全油压控制TFW型调压阀具有和导叶液压联动特点,安全可靠、投资少、工期短等优势。从上个世纪80年代以来国内已有多个水电站设计中取消了调压井,采用TFW型全油压控制调压阀,还没有发生一起安全事故,并且已经安全运行了多年。在我省设置调压阀的电站有汤峪电站、南沟门电站等多个电站已采用调压阀替代调压井的方案。

3.3.2调压阀选型计算

(1)根据最大转速上升值βmax求全行程关闭时间TSk′及快关时间TSk

本电站为每台机组安装一台调压阀,三台机组全甩负荷,也即是三台调压阀同时打开,本计算是分别考虑最大水头时,三台机组甩去额定负荷的情况以及额定水头三台机组甩额定负荷的情况。水轮机最大水头29.67m时,单台机组达到额定出力的流量是2.74m3/s,拐点流量Qg=0.3014m3/s。水轮机额定水头21.5m时,单台机组达到额定出力的流量是3.48m3/s,拐点流量Qg=0.3828m3/s。

采用哈尔滨大电机研究所“水轮机设计手册”中所的公式(也可以采用其他公式计算)

βmax=—1

△tN:滞后时间取0.2秒

NT:水轮机出力

f:水锤影响系数,

引水系统内波速取a=1000m/s.

管路特性特征值ρ=aV/(2gHr)=6.6297

Tr=2(L1+L2+L3+L4)/a=1.33s

C:经计算水轮机飞逸特性影响系数0.5543

f:水锤系数f=1+ξmax/2+ξmax2/12

将βmax=0.4、△tN、f、C及其他已知值代入公式,求得水轮机导水机构全行程有效关闭时间TSk′=2.26秒,按线性关系TSk=(1-Yg)TSk′=(1-0.11)×2.26=1.81s

(2)根据允许的压力上升值ξmax求调压阀慢关时间TSS

由于ρ1.5

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