水轮机导叶两段关闭规律的优化研究

2010-09-25张承业

陕西水利 2010年2期

张承业

（西北勘测设计研究院陕西西安 710065）

在电站运行中，常会遇到由于各种事故、机组突然与系统解列甩负荷的情况，此时调速器关闭导叶，机组转速上升，引水系统会产生水击压力。为保证水力过渡过程中压力升高率和机组转速上升率都不超过允许值，有必要进行过渡过程计算。其中水轮机导叶关闭规律对上述两个指标有很大影响。工程中常用两段关闭规律，首先是快速关闭阶段，为了抑制水击压力的升值；接着为慢速关闭，目的是降低机组转速的上升。本文在此基础上进行水轮机导叶两段关闭的优化研究，通过计算，分析快关段的时间、开度以及总关闭时间对过渡过程的影响。这将对电站实际运行中选择合适的导叶关闭规律起到指导意义。

1 计算案例简介

本工程引水发电系统主要由进水口、压力引水隧洞、调压井、压力管道等组成。引水隧洞为有压洞，长2028.6m，设计引用流量154.83m3/s，隧洞的设计断面为圆形，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌内径为8.0m，设计流速为3.08m/s。

调压井为阻抗式调压井，圆型断面，直径18 m，阻抗孔直径4.0m，阻抗板顶部高程1569.00m，井顶出露，井顶高程1608.00m，调压井采用钢筋砼衬砌，衬砌厚度为1m。

压力管道采用地下埋管，由上平段、上弯段、斜直段、下弯段、下平段组成。主管内径为7.0m，设计流速4.03m/s。采用钢板混凝土衬砌，钢板厚16mm，采用两个“卜”型岔管与三条进厂支管相连，支管管径为4.0m，采用钢筋砼衬砌，厚度为1.0m，支管进入厂房与蝶阀连接。

电站厂房为岸边式地面明厂房，厂内安装三台HLA551C－LJ－272混流式水轮机组，单机容量13.4MW，机组安装高程为1545.50m。电站尾水管后直接与尾水明渠相接，尾水出口转向下游，通过1∶4的反坡接入下游河道。

设计控制标准:

（1）蜗壳最大压力升高率保证值：甩负荷工况蜗壳末端最大压力水头不大于53mH2O。

（2）机组最大转速升高率保证值：在额定水头、额定出力运行时甩满负荷工况的最大转速上升率不大于60%；

2 计算分析

本次计算采用某可视化过渡过程仿真计算程序，对上述案例进行了分析。所有计算均为额定水头、三台机同甩额定负荷工况（首先采用直线关闭时）。甩负荷后蜗壳最大压力和机组最大转速升高率均不能同时满足设计控制指标，见表1。

表1 不同关闭时间下直线关闭计算结果

图1 t1、t2和开度S关系示意图

采用两段关闭规律时，先假定蜗壳末端最大压力水头不大于53mH2O，最大转速上升率不超过60%，采用不同的第一段关闭时间t1、相对开度S和第二段关闭时间t2分析其对控制指标的影响。t1、t2和拐点开度S见图1。

图2 关闭时间一定时拐点开度变化的计算结果

当两段关闭时间t1、t2一定时，机组转速上升率随拐点开度的增加而提高。从图中线条可以看出，机组转速上升率基本可以分成三段，分别为拐点开度在30以下、30至50和50以上，曲线斜率逐渐变陡，转速上升率有逐渐恶化的趋势；蜗壳最大压力以拐点开度13为分界，先变小后变大，且在开度为10时，蜗壳压力极值发生时间由蜗壳快关段关闭时刻突变为完全关闭时刻。