水电站调节保证计算

1、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

2、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 ma

3、x宜小于60% ；导水叶前最大压力上升率宜为70%100% c 根据有关已建电站试验证明，采用导叶分段关闭规律，尾水管的真空度不大于 8m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 , H r 5.3 m , H min1.5 m水轮机参数：水轮机型号：GZ 1102 WP 730, nr 68.2r / min ,3Qr 398.6m / 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 =2.0 D1 =2.0 7.3=14.6 (m)尾水管直锥段直径：D4 = 1.428D1 =1.

4、428 7.3=10.42 (m)尾水管混合过渡段长度:尾水管混合过渡段高度:尾水管混合过渡段宽度:L22 =2.7 D1 =2.7 7.3=19.71 (m)h=1.453 D1 = 1.453 7.3=10.61 (m)B=2.04 D1 =2.04 7.3=14.892 (m)机组转动部分飞轮力矩t m3 :查灯泡贯流式水电站P155: GD2 GD2发电机GD2水轮机GD2水体附加发电机飞轮力矩GD2发电机KDi3h式中：K-经验系数,查灯泡贯流式水电站 P126,表6-10nr 68.2r/min，K=4.75.1，取 K=5。即：GD发电机KDi3lt=5 7.143 1.02=1

5、856.4 t m3取：23GD水轮机=850 t mGD?水体=8 5( D14-d B)(水轮机转轮区水体)式中：-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=0.337.3=2.41 m :为桨叶角为时0的叶片安放角为桨叶角度；即：GD2水体=LgSin (D：-dB) = L。sin (7.34-2.414)=1220.5 t m3 8 8故：GD GD2发电机GD $水轮机GD 7水体附加=3926.9 t m5.2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Bi（1.72.1）Di ；取：

6、B113.5(m)流量：设计工况时流量已计算,Qr 398.7 m3 / sQr2b2d1398.7227.3/213.52/244.14 m/s进口到导叶段的长度L13.82 D1 0.721D1 3.1 D122.63 (m)LV1 L1 V122.6324.14=93.688 m / s2、转轮室:QD1 22398.729.526 m/ s73前面已经计算出L2(0.65 0.84) D15.5 (m)L2V2 L2 V29.526 5.5 52.39 m2/s3、尾水管:m/s（S进S出）/ 2Qr2d3B h32398.7前面已经计算出L3(4.5 5.0) D1L3V334.5

7、4.022138.56 m / s则管道特性系数:_2=27 1/214.89210.61234.5 (m)=4.02LViLViL2V2L3V3 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1016s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Ts12s。LVi 284.64 0.456H0Tsg5.3 12 9.81m -C 2 4）. 0.4562 4 0.4560.572Kmaxm查水轮机调节F238得，对贯流式水轮机，取修正系数 K 1.4max1.41.4 0.5720.8则导

8、叶前压力升高为:LV1LVimax93.688284.640.8 0.263H11Hr 0.263 5.31.394 (m)尾水管最大压力降低为：LbVbybLVimax聾0.8284.640.389Vb2HsybHr校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断:Vb为尾水管进口断面出现yb时的流速：这里 _Qr.=398.7 =10.07（71）22Vb=D-（D3）22m/s2故：Hb HsybHr10.07 28.734 9.810.389 5.34.11（m）Hb由于真空度小于8m满足压力升高要求523转速上升计算之前已经计算出 GD2 =3926.9 t m3 ,1、机组惯性时间常数Ta

9、GD2n023926.9 68.22365 Pr365 190732、调节系统迟滞时间查贯流式水轮发电机组实用技术设计g施工安装g运行检修(下册)P639，得：11TC TPbpTa=0.2+0.05 2.62 0.266 (s)22bp 永态转差系数，一般取26%，在这里取5%。3、水击修正系数f 11 0.4561.4564、水轮机飞逸转速特性曲线系数厂 2丁厂TS f2 0.266 12 1.456r 1 C 1.1 1 1.806Ta2.62相对转速上升：查水轮机调节巳47；灯泡贯流式水轮机的单位飞逸转速不仅取决于导叶开度a。，还取决于桨叶转角；之前已计算出单位飞逸转速n11p365.

10、04 r. min。故:nen11 pnn365.041.688由此:1rne 1216.261, 1.8061.688 10.2762Tc Ts f CTa12 0.26612 1.4560.2762.6210.50260%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 B, (1.72.1)D,;取：B, 13.5(m)在最大水头下的流量为:B12QmaxQ11rD12.H maxaxQmax2D1/213.52进口到导叶段的长度L1LV1 L1 V122.633.25 7.32,6451.6

11、3( m3451.632空/244.687 m/s3.82 D1 0.721D1 3.1 D14.687=106.07m2/s22.63 (m)2D1前面已经计算出2、转轮室:451.63L2V2L2 V210.79 5.5 59.35 m2 / s3、尾水管:QrV3(St S出 )/2Qr398.7/2227 114.89210.612=4.57m/s前面已经计算出L3(4.5 5.0) D134.5 (m)L3V334.5 4.57157.7 m2 /s则管道特性系数:LViLViL2V2L3V3 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

12、水头下，TsH二Ts空a式中：aoi-最大水头下带额定负荷时的导叶开度取：Tsh=11 sLVi323120.44H maxTS g6.8 11 9.81m (厶 )044 .0.4424 0.440.5472 2max1.4 m 1.4 0.5470.77则导叶前压力升高为:LViLVimax106.07323.120.77 0.253H11Hmax 0.253 6.81.72 (m)尾水管最大压力降低为:ybLbVbLVTmax157.7323.120.770.376校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断:2Hs 仏 VbHr4gVb为尾水管进口断面出现m/syb时的流速：这里VbQma

13、x(D3)22451.63()22=11.41故：HBHs2Vb4gyb H max8.7311.414 9.810.376 6.82.855( m)由于真空度小于8m满足压力升高要求533转速上升计算之前已经计算出 GD2 =3926.9 t m3，1、机组惯性时间常数Ta归 39269 6822 2.62(s)365 R 365 190732、调节系统迟滞时间（下册）P639，查贯流式水轮发电机组实用技术设计g施工安装g运行检修得:Tc Tp 0.289 ,1.692 -1.688 1 bpTa=0.2+丄 0.05 2.620.266 (s)2 2bp永态转差系数，一般取 26%，在这里取5%。3、水击修正系数1 0.441.444、水轮机飞逸转速特性曲线系数2Tc Tsf1rTa112 0.26611 1.4411.692单位