蟠龙抽水蓄能电站相继甩负荷时间敏感性分析

2017-03-20邱树先

水力发电 2017年11期

赵路，邱树先，冯艳

(1.水能资源利用关键技术湖南省重点实验室，湖南长沙410014；2.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014)

0 引言

抽水蓄能电站一般具有水头高、输水线路长的特点，为了降低工程投资，输水隧洞通常采用一洞多机的布置方式，但水力学特性更加复杂，存在一台机组甩负荷紧急停机，产生的水力干扰影响到其他正常运行机组，诱发相继甩负荷工况的可能性。

输水系统相继甩负荷工况下的调压室涌浪极值，理论上存在一个最危险的间隔时刻点，国内专家学者已从调压室基本方程出发，推导出任意时刻甩负荷调压室最高涌浪的公式[1-2]，从根本上解决了调压室高度的设计问题。但是，由于甩负荷过程具有极强非线性，不便于理论分析，对于蜗壳末端最大压力、尾水管进口最小压力、机组转速上升值的极值，需要进行敏感性分析[3]。

1 工程概况

蟠龙抽水蓄能电站位于重庆市綦江县西南部中峰镇境内，距重庆市渝中区直线距离约80 km，距綦江县城约50 km。电站装机容量1 200 MW，电站建成后将供电重庆市主网，主要承担重庆电网的调峰、填谷、调频、调相、事故备用等任务，是重庆市未来电网中重要的骨干电源。上水库正常蓄水位995.50 m，死水位981.00 m。下水库正常蓄水位549.00 m，死水位533.00 m。电站安装4台300 MW可逆式水泵水轮电动发电机组，电站发电最大水头462.50 m，最小水头418.72 m，额定水头428.00 m。最大抽水扬程473.61m，最小抽水扬程437.66 m。

图1 蟠龙抽水蓄能电站过渡过程计算示意

蟠龙抽水蓄能电站输水发电系统上水库进/出水口布置在上水库坝址上游左岸，距左坝肩约100 m处。引水系统按一洞两机布置，设置上游调压室。引水主洞直径6.50～5.0 m，支洞直径3.40 m，输水线路斜进厂房，与厂房轴线交角65，尾水系统采用单机单洞的布置方式，尾水隧洞与厂房轴线正交，尾水隧洞直径为5.20 m。从上库进/出水口至下库进/出水口，输水系统总长约2 156～2 188 m。

2 计算模型与控制条件

2.1 计算模型

采用TOPSYS数值模型，进行数值仿真分析。根据蟠龙抽水蓄能电站引水发电管道系统的布置方案，其过渡过程计算过程如图1所示，计算采用与本电站机组参数近似的仙游机组特性曲线。图1中J1、J2、J3、J4分别代表1、2、3、4号机组，J15、J16代表上游调压室。

2.2 控制条件

近年来，随着仿真计算方法的逐渐成熟和工程经验的日益积累，对调节保证设计值有了更加深刻的认识。由于现行规范[4]推荐的压力升高率是基于技术经济性进行考虑的，所以在合理设计范围内，应严格限制转速上升和压力下降，可适当放宽压力上升，本文不对压力升高值进行限制。

调节保证设计值应在水力过渡过程计算值的基础上考虑计算误差、压力脉动进行修正后确定。对于最大水头大于200 m的抽水蓄能电站：引水系统压力脉动引起的压力上升可按甩前净水头的7%～5%选取；计算误差可按压力上升值的10%选取。尾水系统涡流引起的压力下降可按甩前净水头的3.5%～2.0%选取，计算误差可按尾水管进口压力下降值的7%～10%选取。根据调节保证设计值[4]反算得到的水力过渡过程计算值，需满足以下要求：①尾水管进口允许最小水压力16.00 m；②机组允许最大速率上升率45%。

2.3 关闭规律

参考类似工程经验，本文导叶计算采用一段式直线关闭/开启规律。水泵水轮机导叶关闭规律见图2，采用100%最大开度下50 s直线关闭，相应88.65%额定开度下44.35 s直线关闭。导叶开启规律见图3，从空载开度29.87%增加到满开度88.65%的时间为30 s。

图2 水轮机工况导叶直线关闭规律

图3 水轮机工况导叶开启规律

3 相继甩负荷敏感性分析

选取2个典型的水轮机工况，采用导叶关闭、不关球阀进行相继甩负荷间隔时间的敏感性分析。①工况一。水轮机工况，上库校核洪水位996.79 m，额定出力306.1 MW，下库死水位549 m，同一调压井的两台机组正常工作时，同一水力单元2台机组同时/相继甩全负荷；②工况二。水轮机工况，上库正常蓄水位996.79 m，下库死水位549 m，额定出力306.1 MW，同一水力单元2台机组同时/相继甩全负荷。工况D1和D2两种工况下，蜗壳进口最大压力、尾水管出口最小压力、转速最大升高值与相机甩负荷间隔时间的关系见图4～9。从图4～9可以看出，随着甩负荷时间间隔的延长：

(1)蜗壳末端最大动水压力值有先减小后增大的波动的变化规律，时间间隔大于2 s后均小于机组同时甩负荷情况下最大动水压力值。两台机组的变化规律一致。