姜源清，逯 鵬

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

緬甸德鐵水電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計(jì)算研究

姜源清，逯 鵬

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣西 南寧 530023）

緬甸德鐵水電站為引水式電站，引水系統(tǒng)長(zhǎng)約730 m，未設(shè)置調(diào)壓井，安裝3臺(tái)38.5 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。本文根據(jù)電站引水系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)組的特性，以雇主要求為原則，進(jìn)行了水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，通過(guò)分析引水系統(tǒng)水流慣性、機(jī)組慣性和調(diào)速系統(tǒng)關(guān)閉規(guī)律之間的關(guān)系，提出了水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證值，確保電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

引水系統(tǒng)；混流式水輪機(jī)；調(diào)節(jié)保證

1 前言

緬甸德鐵水電站由緬甸電力部規(guī)劃，電站位于仰光西北部約507 km德鐵河上，距離Shwehle大橋上游約16 km，電站為引水式電站，地面廠房，引水系統(tǒng)為1管3機(jī)，電站裝設(shè)3臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單臺(tái)水輪機(jī)額定出力40 MW。

在電站實(shí)際運(yùn)行中，水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)常因系統(tǒng)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，或因事故而甩負(fù)荷停機(jī)。這些負(fù)荷變化都將造成引水系統(tǒng)管線水壓的波動(dòng)和機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化，影響電站的正常運(yùn)行。所以研究并確定引水系統(tǒng)水流慣性、機(jī)組慣性和調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能之間的控制參數(shù)，對(duì)電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計(jì)算是研究機(jī)組在突甩負(fù)荷及負(fù)荷變化時(shí)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的特性，計(jì)算在這些工況中機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化、引水壓力管道中壓力變化及其極值，選定導(dǎo)水機(jī)構(gòu)合理的調(diào)節(jié)時(shí)間和關(guān)閉規(guī)律，優(yōu)化機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使水工建筑物設(shè)計(jì)方案和機(jī)組參數(shù)經(jīng)濟(jì)合理，為設(shè)計(jì)及制訂電站安全運(yùn)行方式提供理論依據(jù)。

2 基本原理

本文水輪機(jī)過(guò)渡過(guò)程中關(guān)閉管道引起的瞬變流方程的求解采用特征線法。

壓力管道中的水流的運(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)性方程如下：

將這兩個(gè)方程用一個(gè)未知的乘數(shù)進(jìn)行線性組合，得：

特征線法就是選擇兩個(gè)特定的值，將如上等式變換成一組全微分方程，最終的特征方程如下：

3 基本參數(shù)

3.1 電站基本參數(shù)

（1）上游水庫(kù)特征水位

最高水位89.29 m

滿庫(kù)水位80.77 m

最低運(yùn)行水位50.00 m

（2）下游尾水位

3臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷 6.89 m

2臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷 6.40 m

1臺(tái)機(jī)滿負(fù)荷 5.76 m

（3）最大引用流量210 m3/s

裝機(jī)容量115.2 MW

（4）設(shè)備高程

水輪機(jī)安裝高程2.54 m

進(jìn)水閥中心高程2.54 m

3.2 水輪發(fā)電機(jī)組基本參數(shù)

（1）水輪機(jī)型號(hào) HLA883-LJ-296

型式 立軸混流式

最大水頭 74.72 m

額定水頭 62.384 m

最小水頭 41.16 m

額定流量 70.12 m3/s

額定出力 40 MW

額定轉(zhuǎn)速 214.3 r/min

轉(zhuǎn)輪直徑 2.96 m

（2）發(fā)電機(jī)型號(hào) SF38.4-28/5800

額定容量 38.4 MW/48 MVA

額定電壓 11 kV

額定轉(zhuǎn)速 214.3 r/min

飛輪力矩 ＞25 000 kN·m2

4 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

4.1 調(diào)節(jié)保證計(jì)算工況的擬定

根據(jù)電站主接線方式及機(jī)組運(yùn)行可能出現(xiàn)的不利工況，選擇以下4個(gè)運(yùn)行工況作為調(diào)節(jié)保證的計(jì)算工況。

工況1：上游蓄水位為80.77 m，下游尾水位為6.89 m，3臺(tái)機(jī)組帶額定功率40 MW，同時(shí)甩全負(fù)荷；

工況2：上游蓄水位為77.693 m，下游尾水位為6.76 m，3臺(tái)機(jī)組帶額定功率40 MW，同時(shí)甩全負(fù)荷；

工況3：上游蓄水位為71.27 m，下游尾水位為6.89 m，3臺(tái)機(jī)組帶額定功率40 MW，同時(shí)甩全負(fù)荷；

工況4：上游蓄水位為65.385 m，下游尾水位為6.85 m，3臺(tái)機(jī)組帶負(fù)荷34.59 MW，同時(shí)甩全負(fù)荷。

4.2 業(yè)主對(duì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算保證值的要求

根據(jù)緬方業(yè)主要求，任何工況下，機(jī)組甩負(fù)荷后的最大壓力值不應(yīng)超過(guò)1.11 MPa，最大轉(zhuǎn)速升高值不應(yīng)超過(guò)50%。

4.3 引水系統(tǒng)的管道布置

緬甸德鐵水電站工程輸水系統(tǒng)布置示意圖以及管段和節(jié)點(diǎn)編號(hào)見(jiàn)圖1，節(jié)點(diǎn)編號(hào)用數(shù)字表示，各管段的特征線計(jì)算斷面沿上游到下游方向編號(hào)。

圖1 引水系統(tǒng)管道布置和分段節(jié)點(diǎn)編號(hào)示意圖

4.4 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律

根據(jù)電站機(jī)組參數(shù)，在兼顧系統(tǒng)甩負(fù)荷過(guò)程中的壓力上升和轉(zhuǎn)速上升的基礎(chǔ)上，經(jīng)分析比較，選定的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律如圖2所示。采用兩段關(guān)閉，第一段關(guān)閉時(shí)間為4.12 s（含調(diào)速器不動(dòng)時(shí)間0.2 s），接力器行程由100%至46.7%；第二段關(guān)閉時(shí)間為11.22s，接力器行程由46.7%至全關(guān)。

圖2 導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律

5 計(jì)算結(jié)果及分析

5.1 調(diào)保計(jì)算成果表

調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果表

5.2 機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程變化曲線圖

4個(gè)工況下，機(jī)組大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程中各特征參數(shù)隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖3～圖6所示。

圖3 工況1 1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程特征參數(shù)結(jié)果

圖4 工況2 1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程特征參數(shù)結(jié)果

圖5 工況3 1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程特征參數(shù)結(jié)果

圖6 工況4 1號(hào)機(jī)組甩負(fù)荷大波動(dòng)過(guò)渡過(guò)程特征參數(shù)結(jié)果

5.3 結(jié)果分析

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出，在機(jī)組飛輪力矩25 000 kN·m2的和選定的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律條件下，甩負(fù)荷過(guò)程中，蝸殼末端最大壓力（約109.5 m）發(fā)生在工況1，最大轉(zhuǎn)速上升（約47.6%）發(fā)生在工況3，均滿足業(yè)主對(duì)調(diào)節(jié)保證的保證值要求。

據(jù)此確定本電站調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，指導(dǎo)電站調(diào)試運(yùn)行。

6 結(jié)論

通過(guò)本電站水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計(jì)算分析，在機(jī)組飛輪力矩為25 000 kN·m2時(shí)，選定的導(dǎo)葉關(guān)閉規(guī)律能滿足引水系統(tǒng)在極端工況下甩負(fù)荷的壓力上升和轉(zhuǎn)速上升的要求，為本電站的調(diào)試運(yùn)行提供了指導(dǎo)原則。目前本電站尚未完工，調(diào)節(jié)保證計(jì)算成果最終將在試運(yùn)行階段進(jìn)行驗(yàn)證。

［1］M.H.喬德里.實(shí)用水力過(guò)渡過(guò)程［M］.陳家遠(yuǎn)，孫詩(shī)杰，張治濱，譯.四川水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)，1985.

［2］沈祖詒.水輪機(jī)調(diào)節(jié)［M］.北京：中國(guó)水利力水電出版社，1998.

［3］王樹(shù)人.水擊理論與水機(jī)計(jì)算［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1981.

［4］陳祖文，謝民峰.思林水電站長(zhǎng)尾水隧洞取消尾調(diào)水力過(guò)渡過(guò)程分析［J］.水利水電技術(shù)，2005，36（9）：84-88.

TV734.4

A

1672-5387（2016）07-0009-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.003

2016-05-06

姜源清（1979-），男，工程師，從事水電站水力機(jī)械設(shè)計(jì)工作。