导叶开启时间对水电站过渡过程的影响(1)
2017-08-23 02:45
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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
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30～40s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 前言在水电站运行中，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10～40s。国际电工技术委员会iec(international electrotechnical commission)标准[2]则规定开启时间为20～80s，推荐值30～40s。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：
，式中
、
分别为压力管道水流惯性加速时间常数和导叶动作时间，
、
为水轮机在初始和终了时的相对流量值。由上式不难看出，在机组增负荷过程中，导叶开启越快，引起的负水锤越大，蜗壳末端的最小动水压力将越小，尾水管进口的最大动水压力也将越来越大。另外，由于沿管线压力极值通常呈线性分布，所以机组上游侧沿线最小动水压力分布线的梯度和机组下游侧沿线最大动水压力线的梯度将随着导叶开启时间减短而越来越大。由文献[4]调压室基本方程式
对时间
微分（式中
、
分别表示引水管道及调压室断面积，
表示管道中水流速度，
为调压室水位，
为水轮机引用流量，上游调压室取“＋”号，尾水调压室取“－”号），可得
。从该式可知，导叶开启速度的快慢（可用
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：
