导叶开启时间对水电站过渡过程-影响解析

1、导叶开启时间对水电站过渡过程 - 影响摘要：针对国内外规范对导叶开启时间的不同规定，结合理论推导和数值计算 实例，分析了不同的导叶开启时间对水电站过渡过程的影响。实例研究结果表 明，大波动过渡过程中的蜗壳动水压力、沿管道轴线的压力分布以及调压室阻 抗孔口压差等参数均随导叶开启时间变化而变化。通过研究得到如下结论：国 际电工技术委员会标准推荐的增负荷时间 3040s是合理的；在并入小网的水 力干扰过渡过程中，需要将运行机组最大初始开度限制在最大临界开度之内， 才能保证运行机组转速收敛于额定转速，以满足发电机和电网对调节系统的要 求。关键词：过渡过程 导叶开启时间 数值计算 临界时间、尸、 亠前言

2、在水电站运行中，从空载增至全负荷的导叶开启时间，国内外规范有不同 的规定：文献 1 中对调节系统的要求：导叶开度的全行程动作时间应符合设计 规范，一般为1040s。国际电工技术委员会IEC（I nternatio nalElectrotechnical Commission） 标准2则规定开启时间为2080s，推荐值 3040s。上述规程标准给出的取值范围虽有重叠部分，但整体范围并不一致， 而导叶开启时间的取值问题一直未进行深入的研究。本文将结合两机一洞常规 水电站和抽水蓄能水电站两个代表性实例，探讨不同的导叶开启时间对水电站 过渡过程的影响，寻找恰当的开启时间（直线开启规律），以满足发电机和

3、电 网对调节系统的要求。1 导叶开启时间对过渡过程的影响水电站过渡过程涉及到大波动、小波动和水力干扰过渡过程三个方面。而 在小波动过渡过程中，调速器将自动跟踪，机组不受导叶开启时间长短的影 响。因此本文仅讨论导叶开启时间对大波动和水力干扰过渡过程的影响。1.1 导叶开启时间对大波动过渡过程的影响在无穷大电网条件下，增负荷，机组转速不变，调速器将不参与调节，所 以增负荷时间的长短将只对机组两个调保参数（蜗壳末端动水压力、尾水管进 口断面压力）、管道沿程的压力分布、调压室涌浪水位及阻抗孔口压差等产生相应的影响。文献 3 给出了粗略估算水锤压力的计算公式：、 、 对时间 、 表示管道中水流速度， 为

4、 水轮机引用流量，上游调压室取“”号，尾水调压室取“”号），可得大小衡量）不仅影响隧洞水流惯性的变化，而且直接影响 调压室涌浪水位高低。1.2 导叶开启时间对水力干扰过渡过程的影响在两机一洞布置方式下，若一台机组并入有限电网正常运行，另一台机组增负 荷，该动作机组增负荷时间的长短必然对正常运行机组的调节品质产生影响。 将水轮发电机组的运动方程：（2） 而（4）上式中， 水轮机主动力矩和出力， 机组转动角速度， 水轮 机引用流量， 时间。2007-04-29在动作机组导叶开启过程中，由于水锤作用，水轮机进口断面压力下降而 出口断面压力上升，从而导致运行机组工作水头 不变的条件下，为保证运行 机组

5、出力 必须增大，也就是说，运行机组导叶开度将会随着动作机组导叶开 启而加大。导叶开启时间越短，水锤作用越显著，工作水头降低幅度和引用流 量增加的幅度也越大，因此导叶开度增加的幅度越大。在水力干扰过渡过程 中，如果动作机组导叶开启太快，而此时运行机组的开度又接近某一限制开度 时，调速器的开度限制机构将发挥作用，限制导叶开度不超过该限制开度，从 而限制了流量的进一步增加。同时，发电机的阻力矩维持不变，于是式（4）不能保持平衡，右边小于零，运行机组的转速未达到额定值就开始下降，此后将以小于额定值的某一值为轴作摆动。该差值若超过有差调节的调差率，即085 ，则难以满足电网对调节系统稳定性的要求。2实例

6、本文选取了设有尾水调压室的常规水电站和设有上游调压室的抽水蓄能水 电站作为计算实例，两者均为两机一洞布置方式。为探求增负荷时间对过渡过 程的影响，拟定增负荷时间 10100s的数值计算结果。图 3 尾水调压室涌浪水位控制值2007-04-29图4 调压室底板压差控制值图 1图 4 图例说明：附近 （ 图 5） ；且存在某一临界增负荷时间时压力极值变化较为显著， 的变化趋势仍然以 30s 为临界值， 后最低涌浪水位与调压室初始 水位保持齐平 （图 3） 。这是因为随着 的延长而逐渐降低。调压室阻抗孔口的向上向下最大压差分别以 30s、40s为临界值（图4）。总之，以上各控制参数的临界值均在 30

7、40s之间，与IEC的推荐值是一致 的。在并入有限电网的水力干扰过渡过程中，运行机组有关参数变化过程见图 8图 11 。作为示例，图中仅选取了2007-04-2975r/min，而是收敛于一小于额定转速的数值（图 8）：= 98%时，相对差值为2.67 %，在8%以内。此时若将电网自调节系数 。另外，随着开启时间的延长，运行机组出力变化幅度减小，振荡周期略有 增加（图 10）。与并入大网的水力干扰（图 11）相比，并入小网运行机组的出 力变化幅度较大而且衰减较慢。图 7 引水发电系统沿线压力曲线簇图 11 运行机组出力变化曲线图 10 运行机组出力变化曲线簇 （ 并小网 ） 簇（并大网）2.2

8、 抽水蓄能水电站算例该水电站额定水头195.0m,单机引用流量185.46mi/s，额定转速2007-04-29250r/min 。大波动计算结果表明，蜗壳末端的压力极值变化规律与前述的常规水电站一致：蜗壳最大动水压力发生在导叶开启初始时刻，最小动水压力则随增负荷时间的延长而增大，极值的发生时间均在=97.4 %时，与额定转速相对差值为2.28 %;时，转速相对差值也有减小的趋势。运行机组转速及出力变化规律与常规水电站一致，在此不一一赘述。3 结语结合理论推导和计算实例，探讨了导叶开启时间对水电站过渡过程的影响。对大波动而言，主要是蜗壳末 端最小动水压力、上游管道最小压力沿线分布、下游管道最大压力沿线分布以及调压室阻抗孔口压差对导 叶开启时间较为敏感，但可以找到某一临界时间，使调保参数及上述控制值在合理范围以内，同时也验证 了 IEC推荐的增负荷时间3040s是合理的。对并入小网的水力干扰过渡过程而言，若运行机组初始导叶 开度接近限制开度时，无论将增负荷时间延长多久都不能使运行机组转速围绕额定转速波动，此时与额定 转速相对差值有可能超过有差调节最大调差率的允许值8，会对电