水电站调节保证计算.docx

水电站调节保证计算.docx

《水电站调节保证计算.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电站调节保证计算.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

水电站调节保证计算

第五章水电站调节保证计算

5.1 调节保证计算的目的、任务

（1）调保计算目的、任务

在水电站运行中，负荷与机组出力达到平衡使机组转速稳定。

但由于各种

突发事故，造成机组突然与系统解列，机组甩掉部分，或者全部负荷。

在甩负

荷时，由于导叶迅速的关闭，水轮机的流量急剧变化，因此在水轮机过水系统

内产生水击。

调保计算就是在电站初步设计阶段计算出上述过程中的最大转速

上升及最大压力上升值。

另外，调保计算

的目的是使压力升高和转速升高不超过允许值，确保电站水机

系统安全稳定运行 。

调节保证计算一般应对两个工况进行，即计算设计水头和最大水头甩全负

荷的压力上升和速率上升，并取其较大者。

一般在前者发生最大速率升高，在

后者发生最大压力升高。

（2）灯泡贯流式机组过渡过程的特点

灯泡水轮发电机组的调节过渡过程与常规机组相比有一些不同，一般轴流

机组惯性力矩主要取决于发电机的飞轮力矩，对于灯泡机组来说，由于受灯泡

比的限制，发电机直径约为立式机组的 3/5，其惯性力矩仅相当于立式机组的

1/10 左右，因而，水轮机惯性和水体附加惯性力矩所占的比重应大大增加，而

水体附加惯性力矩则随叶片安放角的增加而增加，所以对灯泡机组的过渡过程

分析必须考虑其影响。

（3）调保计算标准

根据 DL / T 5186 - 2004《水力发电厂机电设计规范》，水轮机在机组甩负荷时

的最大转速升高率 βmax 宜小于 60% ；导水叶前最大压力上升率宜为 70%～100% 。

根据有关已建电站试验证明，采用导叶分段关闭规律，

8m

尾水管的真空度不大于水柱。

（4）已知计算参数

装机容量：

 4 ⨯18.5 MW

水头参数：

 Hmax = 6.8 m ， Hav = 5.82 m ， Hr = 5.3 m ， H min = 1.5 m

水轮机参数：

水轮机型号：

 GZ （1102）-WP - 730 ， nr = 68.2r / min ，

Qr = 398.6m3 / s ，

尾水管参数：

尾水管进口直径 D3 =d =7.1 （m）

尾水管直锥段长度：

 L21=2.0D1=2.0 ⨯ 7.3=14.6 （m）

尾水管直锥段直径：

 D4 =1.428D1=1.428⨯ 7.3=10.42 （m）

尾水管混合过渡段长度：

 L22 =2.7D1=2.7 ⨯ 7.3=19.71 （m）

尾水管混合过渡段高度：

 h=1.453D1=1.453⨯ 7.3=10.61 （m）

尾水管混合过渡段宽度：

 B=2.04D1=2.04 ⨯ 7.3=14.892 （m）

t

机组转动部分飞轮力矩 （ ⋅ m3 ）：

+  机

查《灯泡贯流式水电站》P155 ：

 GD2 = GD2发电机水轮GD2

+ GD2水体附加

发电机飞轮力矩 GD2发电机 = KDi3lt

式中：

 K -经验系数, 查《灯泡贯流式水电站》P126 ,表 6-10：

nr = 68.2r / min ， K =4.7~5.1，取 K =5 。

即：

取：

GD2水体 =

π

8

t

GD2发电机 = KDi3lt =5⨯ 7.143 ⨯1.02=1856.4 （ ⋅ m3 ）

t

GD2水轮机 =850 （ ⋅ m3 ）

αD144

γ L0 sin （） - dB （水轮机转轮区水体）

α=θ+ϕ，θ  为桨叶角为时0 的叶片安放角  ；ϕ   为桨叶角度 ；

式中：

 γ -水体比重；

L0 -叶片弦片长；

dB -轮毂直径，之前取轮毂比为 0.33，即 dB / D1=0.33 ，故

dB =0.33⨯ 7.3=2.41 m ：

o

即：

 GD2水体 =

8 8

故：

 GD2 = GD2发电机水轮GD2

+ GD2水体附加 =3926.9 （ ⋅ m3 ）

5.2 设计工况下的调节保证计算

5.2.1 管道特性系数

1、进口到导叶段：

=  ）

经以前的计算 B1 （1.7~2.1 D1 ；取：

 B1 = 13.5（m）

流量：

设计工况时流量已计算， Qr = 398.7 m3 / s

取：

V1 =

Qr

2

⎢B1 + π ç ⎪ ⎥ /2

⎢ ⎝ 4 ⎭ ⎥

2

398.7

2

⎢ ⎝ 4 ⎭ ⎥

进口到导叶段的长度 L1 = 3.82D1 - 0.721D1 = 3.1D1 = 22.63 （m）

1

∑ LV1

= L1 ⨯V1 = 22.63⨯ 4.14=93.688 m2 / s

2、转轮室：

Qr398.7

22

⎝ 2 ⎭⎝ 2 ⎭

前面已经计算出 L2 = （0.65 ~ 0.84）D1 = 5.5 （m）

2

∑ LV2

= L2 ⨯V2 = 9.526 ⨯ 5.5 = 52.39 m2 / s

3、尾水管：

Qr

（）进出 S/2

⎢ ⎝ 2 ⎭ ⎥

=                   =4.02

2 2

m / s

前面已经计算出 L3 = （4.5 ~ 5.0）D1 = 34.5 （m）

3

∑ LV3

= 34.5⨯ 4.02 = 138.56 m2 / s

则管道特性系数：

i1

∑LVi = ∑LV1 + ∑L2V2 + ∑L3V3 = 284.64（m2 / s）

5.2.2 水击压力升高计算

由于本电站采用导叶分段关闭规律，关闭时间长，且引水管短，故：

最大水击压力上

升率发生在末相，为末相水击。

对于该机组，导叶接力器直线关闭时间为

先设定 Ts' = 12s 。

Ts' = 10~16s

σ =

∑ LVi

H0TS'g

284.64

5.3⨯12 ⨯ 9.81

ξm =

σ 0.456

2              2

2

ξmax = Kξm

查《水轮机调节》 P238 得，对贯流式水轮机，取修正系数 K = 1.4 。

ξmax = 1.4ξm = 1.4 ⨯ 0.572 = 0.8

则导叶前压力升高为：

LV1

∑ LVi

93.688

284.64

∆H1 = ξ1Hr = 0.263⨯ 5.3 = 1.394 （m）

尾水管最大压力降低为：

yb =

∑ LBVB

∑ LVi

138.56

284.64

校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断：

vb2

4g

vb为尾水管进口断面出现时vb =

Qr

D

2

2

398.7

7.1 2

2

m / s

故：

vb2 10.072

4g 4 ⨯ 9.81

由于真空度小于 8m，满足压力升高要求。

5.2.3 转速上升计算

得：

t

之前已经计算出 GD2 =3926.9 （ ⋅ m3 ），

1、机组惯性时间常数

GD2n02 3926.9 ⨯ 68.22

365⨯ P 365⨯19073

2、调节系统迟滞时间

-gg

查《贯流式水轮发电机组实用技术设计施工安装运行检修（下册）》

1        1

2        2

P639 ，

2~ 这

bp — 永态转差系数，一般取，在6%里取

5% 。

3、水击修正系数

f = 1 + σ = 1 + 0.456 = 1.456

4、水轮机飞逸转速特性曲线系数

2TC + TS f2 ⨯ 0.266 + 12 ⨯1.456

Ta2.62

相对转速上升：

查《水轮机调节》P247 ；灯泡贯流式水轮机的单位飞逸转速

不仅取决于导叶开度 a0 ，还取决于桨叶转角ϕ ；之前已计算出单位飞逸转速

n11p = 365.04 r min 。

ne =   =     = 1.688

故：

由此：

n11p 365.04

n11 216.26

1        1

1+ 1+

ne -1 1.688 -1

β =

1+

c    s

Ta

1+

（2 ⨯ 0.266 +12 ⨯1.456）⨯ 0.276 -1 = 0.502 ≤ 60%

2.62

由以上计算可知，在设计水头下甩负荷时，压力升高和转速升高均在允许

范围内。

5.3 最大水头甩负荷

5.3.1 管道特性系数

1、进口到导叶段：

=  ）

经以前的计算 B1 （1.7~2.1 D1 ；取：

 B1 = 13.5（m）

在最大水头下的流量为：

Qmax = Q11r D12 Hmax = 3.25⨯ 7.32 ⨯ 6.8 = 451.63（m3 s）

取：

V1 =

Qmax

2

⎢B1 + π ç ⎪ ⎥ /2

⎢ ⎝ 4 ⎭ ⎥

2

451.63

2

⎢ ⎝ 4 ⎭ ⎥

进口到导叶段的长度 L1 = 3.82D1 - 0.721D1 = 3.1D1 = 22.63 （m）

1

∑ LV1

= L1 ⨯V1 = 22.63⨯ 4.687=106.07 m2 / s

2、转轮室：

Qr451.63

22

⎝ 2 ⎭⎝ 2 ⎭

前面已经计算出 L2 = （0.65 ~ 0.84）D1 = 5.5 （m）

2

∑ LV2

= L2 ⨯V2 = 10.79 ⨯ 5.5 = 59.35 m2 / s

3、尾水管：

Qr

（）进出 S/2

⎢ ⎝ 2 ⎭ ⎥

=                   =4.57

2 2

m / s

前面已经计算出 L3 = （4.5 ~ 5.0）D1 = 34.5 （m）

3

∑ LV3

= 34.5⨯ 4.57 = 157.7 m2 / s

则管道特性系数：

i1

∑LVi = ∑LV1 + ∑L2V2 + ∑L3V3 = 323.12（m2 / s）

5.3.2 水击压力升高计算

查《水电站机电设计手册》P213 ，得：

在最大水头下， TsH =Ts'

a01

a0

式中：

 a01 -最大水头下带额定负荷时的导叶开度

取：

 TsH =11s

σ =

∑ LVi

HmaxTS'g

323.12

6.8⨯11⨯ 9.81

ξm =

σ 0.44

2             2

2

ξmax = 1.4ξm = 1.4 ⨯ 0.547 = 0.77

则导叶前压力升高为：

LV1

∑ LVi

106.07

323.12

∆H1 = ξ1Hmax = 0.253⨯ 6.8 = 1.72 （m）

尾水管最大压力降低为：

yb =

∑ LBVB

∑ LVi

157.7

323.12

校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断：

vb2

4g

vb为尾水管进口断面出现时vb =

Qmax

D

2

2

451.63

7.1 2

2

m / s

vb211.412

故：

B4 ⨯ 9.81

由于真空度小于 8m，满足压力升高要求。

5.3.3 转速上升计算

t

之前已经计算出 GD2 =3926.9 （ ⋅ m3 ），

得：

1、机组惯性时间常数

GD2n02 3926.9 ⨯ 68.22

365⨯ P 365⨯19073

2、调节系统迟滞时间

1        1

2        2

-gg

查《贯流式水轮发电机组实用技术设计施工安装运行检修（下册）》

P639 ，

2~ 这

bp — 永态转差系数，一般取，在6%里取

5% 。

3、水击修正系数

f = 1 + σ = 1 + 0.44 = 1.44

4、水