分段关闭装置在白山抽水蓄能电站的应用.docx

文章编号 1002- 0624( 2007) 01- 0016- 02分段关闭装置在白山抽水蓄能电站的应用刘淑娟, 魏洪久, 张策( 白山发电厂, 吉林 桦甸 132400) 摘 要 蓄 能 电 站 机 组 属 于 可 逆 机 组 , 既 作 为 发 电 机 运 行 , 又 作 为 水 泵 运 行 。 两 种 不 同 工 况 产 生 的 水锤 时 间 、大 小 各 不 相 同 , 防 范 措 施 也 不 同 。 为 了 确 保 机 组 安 全 稳 定 运 行 , 减 小 水 锤 的 影 响 , 结 合 以 往 其 它 水 电 厂 经 验 , 白 山 抽 水 蓄 能 电 站 采 用 分 段 关 闭 装 置 , 达 到 减 小 水 锤 目 的 。 关键词 水 锤 ; 分 段 关 闭 装 置 ; 白 山 抽 水 蓄 能 电 站 中图分类号 TV873+.1 文献标识码 A白山抽水蓄能电站采用电气分段关闭装置与机 械 分 段 关 闭 装 置 , 解 决 水 锤 问 题 , 根 据 实 际 试 验 证 明 , 有 效 保 证 调 保 计 算 在 允 许 范 围 内 , 达 到 预期效果。波 传 播 时 间 t , 因 为 t = 2 L/c 。 这 样 可 以 使 降 压 顺行 波 较 早 地 反 射 到 阀 门 的 断 面 , 削 减 最 大 的 水 锤 压强。常用方法采用调压室或调压井。( 2) 增 加 管 道 直 径 , 减 小 管 内 流 速 变 化 , 也 可 以减小水锤。( 3) 在管道或水轮机蜗壳上设置放空阀, 当压 强升高时, 打开阀门泻放部分水体。( 4) 适当延长导 叶关闭时间 T, 使降压顺行 波 对水锤压强的削减起最大作用。水锤类型判断水锤有两种类型: 直接水锤和间接水锤。( 1) 直接水锤。当水轮机开度的调节时间TS12 L/a 时 ,由 水 库 处 反 射 回 来 的 水 锤 波 尚 未 到 达阀 门 之 前 , 阀 门 开 度 变 化 已 经 终 止 , 水 管 末 端 的水 锤 压 力 只 受 开 度 变 化 直 接 引 起 的 水 锤 波 的 影 响, 这种水锤称为直接水锤。( 2) 间接水锤 。若水轮机开度的调节时间TS2 L/a 时 , 当 阀 门 关 闭 过 程 结 束 前 , 水 库 反 射 回 来 的 降 压 波 已 经 到 达 阀 门 处 , 因 此 水 管 末 端 的 水 锤 压 力 是 由 向 上 游 传 播 的 水 锤 波 F 和 反 射 回 来 的 水锤波 f 叠加的结果, 这种水锤称为间接水锤。降 压 波 对 阀 门 处 产 生 的 升 压 波 起 着 抵 消 作 用 , 使 此 处的水锤值小于直接水锤值。为 了 减 小 水 锤 影 响 , 一 般 都 尽 量 避 开 直 接 水 锤 。 白 山 抽 水 蓄 能 电 站 水 轮 机 开 度 的 调 节 时 间 TS 2 L/a , 为间接水锤。而且 !0 1.5, 常发生极限 水锤。由以上措施可以看出,白山抽水蓄能电站建成后, 钢管与阀门直径已经固定, 而调压室的方法一 般应用 在 长 管 路 上 , 而 且 投 资 大 , 建 设 也 复 杂 。 故一般采用改变导叶关闭时间的方法。常用的方 法就是利用分段关闭装置改变导叶关闭规律。分段关闭装置如图 1, 2 所示: 曲线表示开始阶段关闭速 度 较 快 , 因 此 水 锤 压 强 迅 速 上 升 到 最 大 值 , 而 后 关 闭 速 度 减 慢 , 水 锤 压 强 逐 渐 减 小 ; 曲 线 的 规 律 与 曲 线 相 反 , 关 闭 速 度 是 先 慢 后 快 , 而 水 锤 压强是先小后大。水锤压强的上升速度随阀门的 关 闭 速 度 的 加 快 而 加 快 , 最 大 压 强 出 现 在 关 闭 速 度 较 快 的 那 一 时 段 末 尾 。 从 图 中 可 以 看 出 , 关 闭 规律较为合理, 最不利的是规律。3减小水锤的措施( 1) 减 小 压 力 管 道 的 长 度 。 原 理 是 缩 短 水 锤2由此可见, 通过调速器或针阀等设备,采取比 较 合 理 的 启 闭 规 律 , 可 以 作 为 减 小 水 锤 压 力 和0.50.40.30.20.10.0012345678t(s)图 1 关闭时间 t 与水锤压力相对值 关系0.80.6)/s3m 0.4(q0.20.002468t(s)图 2 关闭时间 t 与流量 q 关系2007年第 1 期( 第 25 卷 270 期) 东北水利水电17g加速度, m/ s2; H0设计水头, m 。( 2) 导叶分段关闭拐点出现的时间, Tsg。Tsg=KTs式中 K= 0.9; Ts= 4.6 s。则 Tsg= 4.14 s。( 3) 机 械 分 段 关 闭 装 置 : 由 YJF 节 流 阀 、电 磁 阀组成。( 4) 分 段 时 间 整 定 : 根 据 计 算 结 果 , 规 定 发 电 机工况拐点在 60%。第一段关闭时间为 2.65 s( 含 接 力 器 迟 滞 时 间 0.25 s) , 接 力 器 行 程 由 100%关 至 60%, 第 二 段 由 60%至 全 关 , 时 间 54 s( 含 接 力 器迟滞时间 0.25 s) ; 水 泵 工 况 拐 点 在 80%。 第 一 段 关 闭 时 间 为 5.05 s ( 含 接 力 器 迟 滞 时 间 0.25 s) , 接 力 器 行 程 由 100%关 至 80%, 第 二 段 由 80% 至全关, 时间 8 s( 含接力器迟滞时间 0.25 s) 。存 在 问 题 : 原 设 计 发 电 状 态 只 采 用 一 个 节 流 阀 与 电 磁 阀 , 在 60%拐 点 投 入 。 但 是 经 过 计 算 发 现 关 闭 时 间 快 , 水 压 上 升 率 超 过 标 准 , 为 了 解 决 此 问 题 , 白 山 抽 水 蓄 能 电 站 在 发 电 状 态 增 加 了 一 套 节 流 阀 与 电 磁 阀 , 在 机 组 停 机 开 始 投 入 一 套 节 流 阀 与 电 磁 阀 , 60%拐 点 后 投 入 第 二 套 节 流 阀 与 电磁阀进行慢关闭。调保计算采用先进的特征线法编程计算,解决调节保证问题的措施之一。在低水头水电站中 常 发 生 极 限 水 锤 , 可 采 取 先 快 后 慢 的 非 直 线 关 闭规律, 以降低末相水锤值。4计算水轮机管 道 中 水 流 的 瞬 变 流 态 。 调 保 计 算 要 求 : 蜗 壳 末根据水锤计算及以往经验,况均采用快慢两段关闭规律。( 1) 分段关闭的时间计算。发电机及水泵工端允许水压上升率不大于 180 m ;率不大于 45%。( 1) 水轮机工况计算结果允 许转速上 升快关闭时间。导叶的快关闭时间可根据允许的速率上升值按下式确定:22TS=n0GD (1+ 0.5B)B/ 182N0Kf系 统 最 大 压 力 : 179.09179.67 m ( 小 于 180m , 满 足设计最大 压力要求), 发 生在蜗 壳 进 口 , 两 台机同时事故甩全负荷工况。系 统 最 小 压 力 : 6.33 m ( 大 于 2 m , 满 足 设 计最小压力要求), 发生在引水系 统上水平 弯段, 两台机同时事故甩全负荷工况。尾 水 管 进 口 最 低 压 力 : 13.3113.93 m ( 大 于 10 m , 满足设计最小压力要求) , 发生在两台机 同时事故甩全负荷工况。机 组 最 大 转 速 上 升 率 : 44.8%47.1%( 小 于50%, 满 足 规 范 要 求 ), 发 生 在 两 台 机 同 时 事 故 甩 全负荷工况。( 2) 水泵工况计算结果2式 中 TS 快 关 闭 时 间 , s; n0 额 定 转 速 ; GD 转动 惯 量 , t/ m2; B速 率 的 允 许 上 升 值 ( 相 对 值 ) ;N0机 组 的 额 定 功 率 , kW ; K导 叶 关 闭 时 间 的修 正 系 数 ,混 流 式 K= 0.9; f水 锤 修 正 系 数 , f=( 1+ ) 1.5, 取 = 0.4。慢关闭时 间。导叶 的 慢 关 闭 时 间 Tss 决 定 于允许的压力上升值, 因为极限水锤, 则:Tss= ( 2+ ) ( Li V) / 2gH0式 中Tss 导 叶 的 慢 关 闭 时 间 , s; 水 锤 压 力 相对 值 ; Li 分 段 管 长 , m ; V管 中 水 的 流 速 , m/ s;东北水利水电2007 年第 1 期( 第 25 卷 270 期)18 文章编号 1002- 0624( 2007) 01- 0018- 03察尔森水库大坝测压管自动监控系统徐少国, 刘玉才, 杨海峰( 松辽委察尔森水库管理局, 内蒙古 乌兰浩特 137400) 摘 要 本 文 介 绍 察 尔 森 水 库 大 坝 测 压 管 自 动 监 控 系 统 的 组 成 、工 作 原 理 、系 统 功 能 、主 要 设 备 和 供电 避 雷 等 设 施 。 系 统 建 成 后 运 行 稳 定 , 数 据 处 理 可 靠 、实 时 数 据 传 输 准 确 。 关键词 测 压 管 ; 自 动 监 控 系 统 ; 察 尔 森 水 库 中图分类号 TV871.4 文献标识码 B察 尔 森 水 库 大 坝 2000 年 7 月 安 装 了 由 南 京水文自动化 研究所设计 生产的 DG2000 型 分布式 大坝 安 全 监 测 系 统 , 2000 年 9 月 1 日 开 始 投 入 运 行至今, 观测效果很好。测 控 装 置 均 安 装 在 防 浪 墙 上 游 侧 专 门 浇 筑 的 观测 墩 上 ,一个。为 保 温 起见为每个测控装置配有保温箱( 2) 电 源 通 讯 控 制 装 置 及 数 据 采 集 和 信 管 主机 。 大 坝 测 压 管 自 动 观 测 系 统 , 其 通 讯 电 源 装 置 在 左 坝 头 溢 洪 道 闸 门 控 制 机 房 内 , 工 控 机 布 置 在 察 尔 森 水 库 工 地 办 公 楼 内 , 本 机 内 置 数 据 采 集 软 件 和 信 息 管 理 软 件 , 从 而 实 现 对 数 据 采 集 网 络 的 控制测量和各种有关大坝信息的管理。现 场 数 据 采 集 网 络 的 各 测 控 装 置 之 间 采 用系统概况( 1) 观 测 设 施 。 大 坝 测 压 管 监 测 系 统 共 有 测 点 73 个 , 其 中 , 坝 体 浸 润 线 观 测 管 14 个 ; 坝 基 潜 水 位 观 测 管 35 个 ; 坝 基 承 压 水 观 测 管 13 个 ; 绕 坝 渗 流 观 测 管 5 个 ; 砂 砾 层 管 3 个 ; 上 游 库 水 位1 个 ; 下 游 库 水 位 1 个 ; 电 站 尾 水 位 1 个 。测 压 管 测 控 装 置 共 安 装 MCU - 1MB 测 控 装 置 6 台 , 各1R S- 422 通 讯 ,通 讯 信 号 至 左 坝 头 溢 洪 道 闸 门 控! 系 统 最 大 压 力 : 171.3 173.3 m ( 小 于 180m , 满 足设计最大 压力要求), 发 生在蜗壳 进 口 , 两 台水泵同时断电工况。电、导叶正常关闭工况。结 语在电站过水系统中, 蜗壳及尾水管中的水力 现 象 是 极 为 复 杂 的 , 水 锤 只 能 近 似 地 加 以 计 算 。 在 分 段 快 慢 关 闭 过 程 中 , 假 定 导 叶 的 开 度 与 流 量 成 直 线 比 例 关 系 , 拐 点 的 流 量 接 近 水 轮 机 的 空 载 流 量 。 经 过 实 际 白 山 抽 水 蓄 能 电 站 1 号 机 组 运 行 , 证 明 上 述 分 段 设 置 基 本 满 足 调 保 计 算 的 要 求 , 同 时 能 控 制 白 山 抽 水 蓄 能 电 站 因 存 在 引 水 系5 系 统 最 小 压 力 : - 4.81 - 4.88m , 小 于 2m , 低于管道顶部最小压力要求。这是由于上游引水 系 统 进 出 水 口 至 上 弯 段 设 计 高 程 布 置 偏 高 所 至 , 致 使 进 出 水 口 在 水 泵 工 况 发 生 非 淹 没 出 流 的 情 况 而 出 现 负 压 , 但 并 不 大 , 如 不 能 用 降 低 此 段 管 道 高 程 的 办 法 来 解 决 , 建 议 在 此 管 段 设 计 上 采 用结构加强的办法解决。发生在引水系统上水平 弯段, 两台水泵同时断电工况。尾 水 管 进 口 最 低 压 力 : 16.1817.41 m ( 大统 进/ 出 水 口 非 淹 没 出 流 的 情