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。 一般在前

2、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 max

3、宜小于 60% ；导水叶前最大压力上升率宜为 70%100%。 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：H max 6.8 m ， Hav 5.82m ， H r 5.3 m ， H min 1.5 mGZ 1102 WP 730 ，nr 68.2r /min ，水轮机参数：水轮机型号：3Qr 398.6m /s ，尾水管参数：尾水管进口直径尾水管直锥段长度：尾水管直锥段直径：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：机组转动部分飞轮力矩 t m3 ：D3 =d =7.1

4、 (m)L21 =2.0 D1=2.0 7.3=14.6 (m)D4 =1.428 D1 =1.428 7.3=10.42 (m)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)查灯泡贯流式水电站 P155： GD2 GD2发电机 GD 2水轮机 GD2水体附加式中：K - 经验系数 ,查灯泡贯流式水电站 P126 ,表 6-10：nr 68.2r /min， K =4.75.1 ，取 K=5 。即：GD 发电机KDi3lt =5 7.143 1.02=1856

5、.4 t m3取：23GD2 水轮机 =850 t m3GD 水体=8 L0sin （D14-d 4B）（水轮机转轮区水体）式中：- 水体比重；发电机飞轮力矩 GD2发电机 KDi3ltL0 -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 =0.33 7.3=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= L0sin (D14-d 4B)= L0 sin (7.34- 2.414)=1220.5 t m38 0 1 B 8 0故： GD2 GD 2发电机 GD 2水轮机 GD 2水体附加 =3926.9

6、t m35.2 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 B1 (1.72.1) D1；取： B1 13.5(m)流量：设计工况时流量已计算， Qr 398.7 m3 / sQr取：V1B12D41 2 /213.52398.72 4.14 m / s7.3 2 /2 4.14 m/s进口到导叶段的长度 L1 3.82 D1 0.721D1 3.1D1 22.63 (m)L1V1 L1 V1222.63 4.14=93.688 m2 /s2、转轮室： m/sQrD12398.7 2 9.526 m/s7.32前面已经计算出L2 (0.65 0.84) D1

7、 5.5 (m)3、L2V2 L2 V2尾水管：29.526 5.5 52.39 m2 /s2 398.7S进 S出)/ 2 B hD3 2 /272.1214.892 10.61=4.02前面已经计算出 L3 (4.5 5.0) D1 34.5 (m)L3V3 34.5 4.02 138.56 m2 /s则管道特性系数：2LVi i L1V1 L2V2 L3V3 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1016s284.64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 Ts

8、 12s 。LVi i0.456H 0TS g 5.3 12 9.81m ( 2 4 ) 0.456 0.4562 4 0.456 0.572max K m查水轮机调节 P238 得，对贯流式水轮机，取修正系数 K 1.4。max 1.4 m 1.4 0.572 0.8则导叶前压力升高为：L1V11LiVi max93.688 0.8 0.263284.64H1 1H r 0.263 5.3 1.394 (m)尾水管最大压力降低为：ybLBVB max 138.56 0.8 0.389bLiVi max 284.64校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断：2vbH B HsbybH r4g3

9、9782.1.7)2=10.072vb为尾水管进口断面出现 yb时的流速：这里 vb = Qr = （D3 ）2 （m/s22故： HB Hs v4bg ybHr 8.73 410.90.781 0.389 5.3 4.11(m)由于真空度小于 8m，满足压力升高要求5.2.3 转速上升计算之前已经计算出 GD2 =3926.9 t m3 ，得：1、机组惯性时间常数TaGD2n02 3926.9 68.22 2.62(s)365 Pr 365 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 施工安装 运行检修（下册）P639 ，TC TP 1 bpTa =0.2+ 1 0.05

10、 2.62 0.266 (s)22bp 永态转差系数，一般取 2 6%，在这里取 5% 。3、水击修正系数f 1 1 0.456 1.4564、水轮机飞逸转速特性曲线系数2.621 2TC TS f 1 1 2 0.266 12 1.456 1 1.806 Ta相对转速上升： 查水轮机调节 P247 ；灯泡贯流式水轮机的单位飞逸转速不 仅取决于导叶开度 a0 ，还取决于桨叶转角 ；之前已计算出单位飞逸转速 n11 p 365.04 r min 。故：ne n11 p 365.04 1.688 e n11 216.26由此：11C 0.276C 1 r 1 1.806 0.276 ne 1 1.

11、688 12Tc Ts f C2 0.266 12 1.456 0.2761 1 1 1 0.502 60% Ta2.62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 B1 (1.72.1) D1；取： B1 13.5(m) 在最大水头下的流量为：Qmax Q11rD12 H max 3.25 7.326.8 451.63( m3取： V12B1QmaxD412/451.63213.527.34.687 m/ s/24进口到导叶段的长度 L1 3.82 D1 0.721D1 3.1D1

12、22.63 (m)L1V1 L1 V1 22.63 4.687=106.07m2 / s2、转轮室：2451.637.3 210.79 m / s前面已经计算出 L2 (0.65 0.84) D1 5.5 (m)L2V2 L2 V2 10.79 5.5 59.35 m2 / s3、尾水管：QrS进 S出)/ 2QrD3 2B h 32/22 398.77.1 2 14.892 10.612=4.57m/s前面已经计算出 L3 (4.5 5.0) D1 34.5 (m)L3V3 34.5 4.57 157.7 m2 /s则管道特性系数：LVi i L1V1 L2V2 L3V3 323.12( m

13、2 / s)5.3.2 水击压力升高计算查水电站机电设计手册 P213 ，得：在最大水头下， TsH = Ts 01a0式中： a01- 最大水头下带额定负荷时的导叶开度取：TsH =11sLiV i323.120.44H maxTS g 6.8 11 9.81m ( 2 4 ) 0.44 0.442 4 0.44 0.547max 1.4 m 1.4 0.547 0.77则导叶前压力升高为：L1V1LiVimax106.07323.120.77 0.253H1 1Hmax 0.253 6.8 1.72 (m)尾水管最大压力降低为：ybLBVBLiVimax157.7323.120.77 0.

14、376校核尾水管进口处的真空度，以防止水流中断：vb2H B Hs b ybHr4gvb为尾水管进口断面出现 yb时的流速：这里vb=(D3)2451.63=11.41 7.1)2 =11.41 2)m/s220.376 6.82.855( m)故： HB Hs v4bg ybHmax8.73 411.94.181由于真空度小于 8m，满足压力升高要求5.3.3 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GD2n02365 Pr22.62( s)3926.9 68.2 2365 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 施工安装 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 2 6%，在这里取 5%3、水击修正系数f 1 1 0.44 1.444、水轮机飞逸转速特性曲线系数2 0.266 1